钢管混凝土箱形叠合墩振动台试验研究

以腊八斤特大桥11号主墩为原型,进行几何缩尺比例为1∶9.43的钢管混凝土(CFST)箱形叠合墩模型振动台试验,并结合空间杆系非线性有限元分析,开展强震作用下CFST箱形叠合墩的地震响应特性和地震破坏机理研究。结果表明:E2设计地震动作用下,缩尺模型和原型桥墩墩底塑性铰截面大部分处于受压状态,墩身表面未发现裂缝,结构处于弹性工作状态;地震动特性对CFST箱形叠合墩的地震响应有显著影响,9条经典地震波(PGA=0.05 g)中,Wenchuan-NS地震波作用下墩顶加速度响应和位移响应均达到最大,分别为最小地震响应工况的1.8倍和5.4倍;随着Wenchuan-NS地震波强度按照0.05 g的增量逐级增大,墩顶加速度响应和墩顶位移响应基本呈线性增加,且加速度动力放大系数基本保持在6左右;采用基于纤维梁柱单元的有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,进一步开展的非线性时程分析可知,PGA=0.30 g时墩底潜在塑性铰区域外包混凝土受拉侧发生开裂,在PGA=0.75 g时受拉侧钢管开始屈服;与单向地震作用相比,双向地震作用下墩顶位移响应峰值增大约6%,墩底截面最大内力响应增大约4%,说明双向地震同时作用对CFST箱形叠合墩地震响应的影响较小,在进行CFST箱形叠合墩的地震反应分析时,可沿顺桥向和横桥向分别输入水平地震动。

主余震作用下钢管混凝土箱形叠合墩拟动力试验

为了研究地震动特性、地震动强度和主余震作用下新型组合结构钢管混凝土箱形叠合墩(简称CFSTRC墩)的抗震性能,进行了2个CFSTRC墩1∶11.6缩尺模型的拟动力试验。研究结果表明:在峰值加速度(PGA)均按比例调幅为0.05g的10条国内外强地震动作用下,CFSTRC墩试件处于弹性工作状态,其中日本阪神大地震JRT波作用下的最大位移响应是平均值的1.68倍。在9度罕遇主震(PGA约为0.7g)作用下,试件S1进入强度劣化阶段,而试件S2仍处于弹塑性变形阶段;2个试件的破坏形态均表现为沿加载方向腹板的剪切斜裂缝、垂直加载方向腹板的水平向裂缝,同时伴随着柱肢底部钢管局部屈曲引起的外包混凝土竖向裂缝,导致试件刚度显著降低。随着余震PGA逐级增大,主震中已损伤试件的墩顶最大位移响应呈线性增大,累积滞回耗能呈非线性增长;在与主震地震强度相当的余震作用下,2个试件的累积损伤进一步加剧,水平承载力平均下降约17%,累积滞回耗能减少约16%,墩顶最大位移响应增加约3%。最后,采用基于结构最大变形与累积滞回耗能线性组合的地震损伤指标可比较准确地评估CFSTRC墩在主余震作用下的抗震性能。

钢管混凝土箱形叠合超高墩设计与静力性能分析

为了解钢管混凝土箱形叠合超高墩的设计理念和结构静力性能,以金阳河特大桥为背景,分析该类桥墩各部分作用和受力特性,并开展静力性能研究。该类桥墩内部的钢管混凝土格构柱为主要受力结构,并作为外包钢筋混凝土施工的劲性骨架;各柱肢钢管外包薄层钢筋混凝土以提高桥墩承载力;连接各柱肢的钢筋混凝土腹板参与抗剪。采用MIDAS Civil软件分析对比钢管混凝土箱形叠合超高墩和钢筋混凝土薄壁空心超高墩的静力性能。结果表明:最大悬臂施工阶段和成桥阶段,钢管混凝土箱形叠合超高墩的一阶弹性稳定系数大于钢筋混凝土薄壁空心超高墩;从墩顶向墩底分段增大钢管管径和壁厚,可使钢管和外包混凝土应力沿墩高方向不变;外包混凝土应力远小于钢筋混凝土薄壁空心超高墩,可采用较薄的低强度混凝土。

带斜撑箱形钢管叠合柱型钢混凝土框架节点有限元分析

针对鲁南高铁临沂北站结构所采用的带斜撑箱形钢管叠合柱型钢混凝土框架节点,介绍了一种通过AUTOLISP编程语言编辑INP文件的形式,快速建立ABAQUS有限元分析初始模型;应用ABAQUS中的塑性损伤模型,引入恰当的材料本构及损伤因子,模拟节点在最不利荷载组合及其极限荷载作用下的工作状况。通过分析得到节点区混凝土、钢筋、钢骨应力及混凝土损伤的发展规律,根据节点的荷载-位移曲线得出节点极限承载力。结果表明:该节点在设计荷载作用下承载力满足规范要求,且具有一定的安全储备。

钢管混凝土箱形叠合柱抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土箱形叠合柱(简称CFST箱形叠合柱)的抗震性能,以面内柱肢间距和轴压比为参数,进行了5个CFST箱形叠合柱试件和1个CFST格构柱试件的拟静力试验。研究结果表明:水平低周反复荷载作用下,CFST箱形叠合柱的荷载-位移滞回曲线呈捏拢状,主要破坏形式表现为面外方向外包混凝土的水平裂缝、面内方向腹板的斜向裂缝、柱肢底部外包混凝土的竖向裂缝及压溃;CFST箱形叠合柱受力全过程可分为弹性阶段、可修复阶段、刚度劣化阶段、承载力劣化阶段和剩余承载力阶段,在部分柱肢外包混凝土退出工作后,CFST箱形叠合柱的承载力有较大幅度下降,但CFST格构柱骨架仍可继续抵抗水平荷载作用。面内柱肢间距从500 mm增至650 mm时,弹性刚度、水平承载力和累积滞回耗能分别增大了44.6%、26.0%和15.8%。轴压比从0.10增至0.20时,水平承载力和累积滞回耗能分别增大了33.7%和48.7%。通过柱底塑性铰截面应力状态的理论分析,提出了有较高精度的CFST箱形叠合柱水平承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。

侧向冲击下箱形钢管混凝土叠合柱动力响应试验研究

为研究箱形钢管混凝土叠合柱抗冲击性能,利用自主研发的落锤式试验机进行了箱形叠合柱冲击试验,研究了边界条件、冲击高度和轴压比对冲击力时程、跨中位移、应变时程以及破坏形态的影响。试验结果表明:箱形叠合柱在冲击荷载作用下发生弹塑性破坏;随冲击高度的增加,冲击力时程曲线由两段式发展为三段式,柱破坏形态表现为外层混凝土开裂且剥落明显,但内部钢管混凝土跨中冲击部位钢管无局部屈曲;两端固定时的抗冲击性能较两端简支时增强;而轴力对其动力响应影响不显著。