桥梁节点部位的抗震分析研究

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本文基于震害现象和已有的试验和理论研究,遵循能力抗震设计的思想,结合我国公路桥梁的特点,对桥墩与盖梁相交的节点区域进行了受力分析,对影响其极限强度的因素做出了探讨,具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文首先利用大型有限元程序,采用Mander约束混凝土本构模型,对已有的试验构件进行了数值仿真分析,分析结果和试验观测现象吻合良好。在此基础上,针对我国公路桥梁结构的特点,结合实际工程项目,对具有典型桥梁节点构造形式的框架结构进行受力分析。分析显示,在侧向位移增大的过程中,墩底截面弯矩最大,首先进入屈服状态。在墩底截面出现塑性铰以后,截面上的弯矩会保持平稳状态不再增长,而墩顶截面的弯矩会随框架变形的增加而持续增大,节点核心区域内的箍筋应力也会随之增加直至屈服。此时,节点区域的刚度出现退化,会削弱对墩顶截面的约束,甚至形成铰接约束,从而引起结构中的内力重分布,使结构侧向变形加速变大,对结构横向抗震是很不利的。节点核心区中配置适量的箍筋,除了能起到约束混凝土,提高混凝土强度的作用以外,在混凝土开裂后能直接参与受力,是保证节点裂缝不会充分开展,刚度不出现急剧退化的有效措施。在横梁中设置预应力,一方面能有效提高节点的刚度,保证对墩顶截面的约束不会出现严重削弱,改善最不利的墩底截面受力状况,从而提高整体结构的抗震性能;另一方面,预应力筋能直接参与抗剪作用,减少节点中横向箍筋的数量,改善节点区域钢筋拥挤的状况,方便施工。在桥墩与盖梁相交处设置承托,一方面可以改善桥墩与盖梁拐角处混凝土局部应力集中的情况,另一方面扩大了节点区域的范围,增强了节点的刚度,改善框架结构受力状态,从而达到提高框架结构整体抗震性能的目的。节点的强度乃至框架结构的抗震性能,与桥墩和盖梁的抗弯刚度比值S=Ibeam/Icol有很大关系。S越接近于1,即桥墩与盖梁的抗弯刚度越接近,节点的极限强度就越低,刚度退化越厉害,对结构的抗震性能影响也越大。如果桥梁结构中桥墩和盖梁都采用箱梁的形式,节点区域为实心混凝土,那么节点相对强度和刚度较大,对整个结构的横向抗震性能是有利的。 最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。
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