刚构体系桥小间距双肢矮墩力学性能研究

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针对城市立交及匝道桥因受地形所限,而采用的矮墩刚构体系桥中,为满足墩梁的变形协调,降低矮墩抗推刚度,提升桥墩延性性能。提出了一种小间距双肢墩,为探究小间距双肢墩的力学性能,开展了小间距双肢墩的静力试验和拟静力试验,得到了试验墩的破坏特性、荷载位移曲线、结构延性和耗能性能。同时基于损伤因子的混凝土塑性损伤模型的计算方法,利用ABAQUS建立的精细有限元计算模型,验证了试验模型的有效性。在此基础上,为得出了该桥墩的最优设计方案,在纵筋率、配箍率不变的情况下进一步探讨了填充材料、轴压比、双肢间距等参数对小间距双肢墩力学性能的影响。最后选取云南某矮墩刚构桥作为研究对象,将小间距双肢墩应用其中,利用Midas进行地震作用下的时程分析,验证了小间距双肢墩对矮墩刚构桥具有良好的抗震性能,为该新型桥墩在矮墩刚构体系桥梁中的应用提供参考。本文通过模型试验和有限元方法完成如下工作:(1)通过模型墩静力试验,得到桥墩的破坏形态均呈现弯曲破坏。单肢整体墩的抗推承载力明显大于双肢墩,但其延性和抗推柔度不如小间距双肢墩。小间距双肢墩既可有效提高位移延性与抗推柔度,双肢间增设材料还可提高其整体性和承载能力,使其力学性能得到显著改善。(2)通过模型墩的拟静力试验,发现双肢间距不同导致其破坏损伤程度差异明显,双肢间距增大后其承载力有所提高,但延性和耗能性能下降。(3)有限元模型模拟结果与试验实测结果吻合较好,损伤云图和模型墩破坏形态的损伤基本相同,荷载-位移曲线的变化趋势几乎一致,表明本文所采用的有限元模型能够较准确的模拟小间距双肢墩。(4)采用数值模拟方法分析了填充材料、轴压比、双肢间距等设计参数对小间距双肢墩力学性能的影响,并得到其设计参数的建议值。(5)结合一矮墩连续刚构桥工程实例,采用本文所提出的小间距双肢墩与采用传统单肢墩的抗震性能进行对比分析。结果表明,矮墩刚构体系桥采用小间距双肢墩的抗震性能明显优于采用传统单肢墩。
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