超高性能混凝土复合桥墩抗震性能研究

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我国位于世界地震多发带,高烈度区桥梁分布广泛,桥墩作为桥梁抵抗地震作用的重要构件,提高其抗震性能对桥梁结构抵抗地震作用显著。为改善地震作用下桥墩延性并提高其抗震性能,本文利用超高性能混凝土(UHPC)、高强钢筋及预应力钢筋的材料特性,将桥墩塑性铰区普通混凝土替换为UHPC,并替换普通钢筋,研究高强钢筋替换率、预应力筋替换率及箍筋强度对UHPC复合桥墩抗震性能的影响。并对某实际桥墩进行非线性时程分析得到高强钢筋、预应力筋等参数对UHPC复合桥墩地震响应的影响。本文主要研究内容及主要结论如下:(1)基于ABAQUS软件建立RC、UHPC受压试件模型,通过低周反复荷载数值模拟,将模拟结果与试验数据进行对比,进而验证材料本构关系及模型建立方法的合理性。(2)分别建立RC桥墩模型、UHPC塑性铰桥墩模型、高强钢筋UHPC复合桥墩模型和预应力UHPC复合桥墩模型,研究材料特性、高强钢筋替换率、预应力筋替换率及箍筋强度对桥墩抗震性能的影响。(3)塑性铰由RC替换为UHPC后,桥墩的峰值荷载、屈服位移、延性系数、累计耗能分别提高7.7%、5.4%、80.5%、100.2%。与UHPC复合桥墩相比,高强钢筋UHPC复合桥墩、预应力UHPC复合桥墩随着钢筋替换率和箍筋强度的增加,抗震性能提高。例如,当钢筋替换率为2/3时,高强钢筋UHPC复合桥墩的峰值荷载、屈服位移、累计耗能分别提高28.4%、27.1%、36.4%,预应力UHPC复合桥墩的特征荷载、屈服位移、累计耗能分别提高47.4%、16.4%、39.4%。(4)以实际桥墩为研究对象,建立RC桥墩模型、塑性铰为UHPC的复合桥墩模型、高强钢筋UHPC复合桥墩模型、预应力UHPC复合桥墩模型,通过非线性时程分析,研究不同设计参数对桥墩抗震性能的影响。与普通桥墩模型相比,UHPC复合桥墩、高强钢筋UHPC复合桥墩和预应力UHPC复合桥墩在地震中最大位移响应分别减少了7.4%、14.0%、15.7%,采用超高性能混凝土的复合桥墩抗震性能明显提升。
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