高强耗能钢筋预制节段拼装空心墩滞回性能研究

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相较于现浇钢筋混凝土桥墩,预制节段拼装桥墩(Precast Segmental Bridge Column,PSBC)可减少对生态环境和道路交通的影响,因而在桥梁建设中的应用日益广泛。然而,目前能够兼顾自复位能力和耗能能力的PSBC研究成果较少,限制了其在中高烈度地区的应用。当前已有PSBC的研究成果大多假定墩底固结,此类忽略基础影响的做法,使其成果难以推广至复杂地质条件下的桩基等桥梁结构。本文拟采用高强耗能钢筋增加预制节段拼装空心桥墩(Precast Segmental Hollow Column,PSHC)的屈服后刚度,同时提高PSHC的自复位和耗能性能。考虑桩基影响后,分析PSHC试件自复位及滞回性能的变化情况,为同类结构提供的抗震设计提供参考。论文主要内容如下:(1)基于已有模型试验建立非线性有限元模型,对比分析模拟与试验结果,研究网格密度(截面划分纤维数量、单元积分点数目)对模拟精确度的影响。(2)以高强耗能钢筋强度为参数设计了4个尺寸一致的节段拼装空心墩,依据已验证的模拟方法建立有限元模型,研究各试件的滞回性能,对比分析轴压比、纵筋配筋率及预应力大小对试件抗震性能的影响。(3)考虑桩基础对节段拼装空心墩的影响,分别采用p-y水平弹簧、t-z竖向弹簧、q-z竖向弹簧来模拟桩土相互作用,建立群桩-土-拼装式空心墩的数值模型,分析桩基基础对桥墩抗震性能的影响规律。基于上述研究,可以得到以下主要结论:(1)模拟结果与已有试验结果基本一致,验证了有限元模型的准确性和模拟方法的正确性;构件模拟结果对网格密度不敏感,进一步证明了建模方法的正确性。(2)采用PSB785或PSB830螺纹钢筋作为高强耗能钢筋替换原有部分普通耗能钢筋时,装配式空心墩残余位移减小,累积滞回耗能维持原状或略有增加,实现了兼顾耗能能力和自复位能力的设想;轴压比增大减小了试件的残余位移,提高了试件的承载能力;纵筋配筋率增加提高了试件的承载能力、耗能能力,但也增加了残余位移。(3)装配式空心墩底部由固结换成桩基础后,残余位移增大,累积滞回耗能增加;采用PSB830螺纹钢筋作为高强耗能钢筋替换原有部分普通耗能钢筋时,添加桩基础的装配式空心墩累积滞回耗能略有增加,残余位移减小。
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