部分填充混凝土钢桥墩作为纯钢桥墩的改进形式,不仅具有钢桥墩良好的延性性能,而且由于内部填充了部分混凝土,避免了钢桥墩底部过早地发生局部屈曲,也提高了其在罕遇地震下的耗能能力。然而在罕遇地震作用下,钢桥墩有可能在局部屈曲发生之前出现另一种新的破坏模式。在往复的地震作用下,钢桥墩经历了延性裂纹萌生、裂纹稳定扩展和裂纹急速扩展三个阶段,并在较早的循环周期时就发生断裂破坏,导致钢桥墩的承载力急剧下降,这种破坏模式被称为超低周疲劳破坏。本文的研究对象是柱顶施加恒定竖向荷载和水平往复荷载的部分填充混凝土钢桥墩。采用有限元软件ABAQUS对部分填充混凝土钢桥墩进行三维弹塑性有限元分析,研究部分填充混凝土钢桥墩的裂纹萌生寿命影响因素以及破坏模式。本文的主要研究内容与成果如下:(1)通过试验与数值模拟结果的对比发现,当采用Lemaitre-Chaboche钢材混合强化模型和混凝土损伤塑性模型时,能较好地模拟部分填充混凝土钢桥墩的滞回性能。采用Ge模型中的网格尺寸为2mm×2 mm的非局部法,能够准确地预测部分填充混凝土钢桥墩的裂纹萌生寿命。(2)在固定试件正则化长细比、轴压比和水平荷载加载方式的前提下,分析翼缘正则化宽厚比对裂纹萌生寿命N_f的影响。随着翼缘正则化宽厚比从0.2递增至0.8,裂纹萌生寿命呈现出“V型”的走势,先减小后增大。并且“V型”走势的最低点,即能使裂纹萌生寿命取到最小值时的翼缘正则化宽厚比约为0.4。Q235和Q345部分填充混凝土钢桥墩裂纹萌生寿命关于翼缘正则化宽厚比的规律类似。(3)在固定翼缘正则化宽厚比、轴压比和水平荷载加载方式的前提下,分析试件正则化长细比对裂纹萌生寿命N_f的影响。当翼缘正则化宽厚比较小时,裂纹萌生寿命都随着试件正则化长细比的增大而减小;而在一小部分水平荷载加载方式下,当翼缘正则化宽厚比较大时,裂纹萌生寿命随着试件正则化长细比的增大而增大。Q235和Q345部分填充混凝土钢桥墩裂纹萌生寿命关于试件正则化长细比的规律类似。(4)在固定翼缘正则化宽厚比、试件正则化长细比和水平荷载加载方式的前提下,分析轴压比对裂纹萌生寿命N_f的影响。随着轴压比的增大,试件的水平屈服位移变小,柱顶加载的水平位移幅值变小,导致桥墩根部附近的塑性应变幅也逐渐减小,每个半周期数对应的单个D值变小,因此裂纹萌生寿命变大。Q235和Q345部分填充混凝土钢桥墩裂纹萌生寿命关于轴压比的规律类似。(5)针对Q235和Q345系列的部分填充混凝土钢桥墩,分别提出了预测钢桥墩裂纹萌生寿命N_f和局部屈曲寿命N_b的经验公式。只有同时考虑试件的裂纹萌生寿命和局部屈曲寿命,才可以更加准确地判断试件的最终破坏模式。