预应力节段拼装空心墩抗震性能及分析方法

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预制拼装桥墩体系通过工厂预制、现场拼装,极大缩短施工周期,同时有效减少对周边环境、交通带来的负面影响。中西部地区是我国生态建设的核心区也是典型的生态脆弱区,这为预制拼装技术推广提供了良好的契机;由于大多数中西部地区均有抗震设防要求,而预制拼装桥墩种类繁多,采用不同连接方式时桥墩抗震性能表现不尽相同,因此要根据抗震需求选择合适的桥墩类型。为探求适合中西部地区桥梁建设的预制拼装体系,本文就预应力节段拼装桥墩为研究对象,从理论分析、拟静力试验、有限元模拟等方面入手,开展其抗震性能及影响因素研究,为实际工程应用提供参考。具体研究内容及成果如下:(1)基于集中塑性铰模型开展水平荷载-位移骨架曲线分析。根据墩底接缝力学行为将桥墩的侧向变形过程分为三个阶段,采用C++语言编制截面特性分析程序计算弯矩-曲率关系,基于集中塑性铰模型分阶段求解水平荷载-位移骨架曲线,利用拟静力试验结果检验程序的可行性,并对本次试验中试件骨架曲线进行预测。(2)开展预应力节段拼装矩形空心桥墩拟静力试验研究。通过表观现象结合测试数据综合探究桥墩抗震性能及初始张拉力的影响,结果表明:两组试件均发生典型的弯曲破坏,以墩底核心混凝土压碎告终;滞回曲线呈典型的旗帜型,拥有极强的自复位能力;初始预应力水平提高会增加残余位移、等效阻尼比,降低位移延性、预应力损失率及滞回耗能,对塑性铰转动能力与桥墩刚度退化基本不产生影响。(3)基于纤维单元开展预应力节段拼装空心桥墩抗震性能分析。根据等效塑性铰法模拟接缝的思路,利用Open Sees平台建立等效塑性铰纤维模型,通过与拟静力试验对比验证模型可行性。利用模型基于骨架曲线开展参数化分析,讨论混凝土强度、箍筋配筋率、预应力筋数量、恒载轴压比等对桥墩抗震性能的影响。(4)基于实体单元开展预应力节段拼装空心桥墩抗震性能分析。为直观展示桥墩的局部受力变形与位移状态,利用ABAQUS建立三维实体有限元模型,通过与拟静力试验对比检验模型的准确性;在此基础上探究往复荷载下桥墩变形、应力、应变状态分布,为拟静力试验中试件无测点区域的受力状态提供有益指导。
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