自复位部分填充钢管混凝土桥墩力学性能研究

为分析具有自复位功能的部分填充钢管混凝土桥墩在水平往复荷载下的力学性能,针对该类型桥墩进行了理论研究,并以桥墩钢管壁厚、预应力比和钢绞线张拉度为设计参数建立有限元模型,在恒定轴力与水平往复荷载作用下开展了弹塑性分析。结果表明:桥墩壁厚和预应力比影响桥墩的水平承载力,适当降低张拉度可提高桥墩结构的安全富裕度。因此,在工程实践中可通过合理地选取桥墩壁厚、预应力比和张拉度,以达到承载力和抗震性能的最优组合,该理论分析方法可为工程实践提供参考。

竖向偏心部分填充混凝土圆形钢桥墩的抗震性能

目的探析竖向偏心受压部分填充混凝土圆形钢桥墩柱在横桥方向往复荷载作用下的抗震性能.方法以城市高架桥倒L型桥墩为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS建立了该类钢桥墩的有限元分析简化模型,根据计算得出的力与位移(H-δ)滞回曲线结果,对其在竖向偏心荷载及横桥方向往复荷载作用下的柱两侧水平承载力及无偏心和偏心桥墩柱之间的承载力关系进行了研究.钢桥墩柱的长细比参数取0.2、0.3和0.4,钢管部分截面径厚比参数取0.07、0.08和0.09,竖向荷载的偏心率e则取0、0.1、0.15和0.2.结果部分填充混凝土钢桥墩在偏心一侧的水平承载力降低,相反在另一侧的水平承载力则得到增强,呈明显的不对称性,且随着偏心率的增加,抗震性能降低.拟合得出一个关于无偏心受压钢桥墩柱与偏心受压钢桥墩柱之间H-δ滞回曲线关系的经验公式.结论经验公式计算得出的骨架曲线和滞回曲线与有限元分析直接得到的骨架曲线和滞回曲线结果无论在弹性阶段还是在塑性阶段吻合性均较好,经验公式的有效性得到验证,该公式将为偏心受压部分填充混凝土圆形钢桥墩横桥方向的抗震性能设计提供理论依据.

部分充填钢管混凝土独柱墩的最小混凝土充填率

钢管混凝土独柱墩具有占地面积小、承载能力高和结构耗能能力强等优点,在我国城市高架桥中得以广泛应用,但在高烈度区的应用还缺少相应的抗震设计指导。结合圆形钢管混凝土桥墩充填率的研究现状,根据《城市桥梁抗震设计规范》中提出的2种不同的抗震设计思想(减隔震设计和延性抗震设计),提出了最小混凝土充填率这个抗震设计指标,通过理论分析和实体有限元数值模拟给出相应的实用计算公式并进行验证,为促进部分充填圆形钢管混凝土桥墩在我国高烈度区的应用提供抗震设计参考。

部分充填钢管混凝土桥墩振动台试验

为了完善部分充填圆形钢管混凝土桥墩的抗震设计理论及其工程应用,对2座采用此类桥墩的两跨高架桥缩尺模型(相似比为1∶6.7)进行了强地震动输入下的破坏性振动台试验,研究无偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩和有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩的破坏机理和地震响应。研究发现无偏心桥墩在墩底附近产生了均匀的钢管局部屈曲变形和明显的水平裂缝,而有偏心桥墩并没有产生水平裂缝,所以无偏心桥墩的纵桥向墩顶位移远大于有偏心桥墩。同时,受横桥向恒载偏心的影响,有偏心桥墩的墩顶横桥向位移和墩底局部屈曲变形主要集中在靠近中轴线的一侧,塑性发展区域也大于无偏心桥墩,这使得其墩顶横桥向最大位移大于无偏心桥墩。不过,由于有偏心桥墩并未发生开裂,所以其横桥向残余位移与无偏心桥墩相差不大,均在3 cm左右,验证了有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩若经过合理的截面设计,其抗震性能也能满足既定的要求。此外,恒载偏心使得有偏心桥墩在横桥向两侧所耗散的能量不相等,可能会导致其横桥向两侧的累积塑性变形存在差异,不利于其优越的抗震性能和耗能能力的充分发挥。因此在设计有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩时,需要合理选取混凝土充填高度和径厚比等结构参数,减少恒载偏心对其抗震性能的不利影响。

竖向偏心部分填充混凝土圆形钢桥墩顺桥方向抗震性能

为了在城市复杂的交通工程中广泛应用部分填充混凝土钢桥墩,探明竖向偏心荷载作用下该类桥墩的抗震性能,以城市高架桥倒L形部分填充混凝土圆形钢桥墩为对象,采用试验与有限元分析方法,探究设计参数长细比、径厚比和竖向荷载偏心率对该类桥墩在顺桥方向力学性能的影响。首先,对以往4个竖向偏心荷载部分填充混凝土圆形钢桥墩柱试验试件进行有限元建模,通过有限元与试验结果对比分析,验证有限元模型单元选取、划分、接触和边界条件的合理性。然后,改变桥墩径厚比Rt、长细比λ及竖向荷载偏心率e/L,设计30个部分填充混凝土圆形钢桥墩进行非线性有限元分析。结果表明:在其他参数不变的情况下,随着λ从0.25增加到0.35,桥墩的最大承载力和延性均降低;随着Rt从0.06增加到0.12,桥墩的最大承载力缓慢增加,延性逐渐减小;随着e/L的增大,桥墩的最大承载力、延性均降低,抗震性能差;当e/L从0增加到0.2时,桥墩最大承载力、延性分别下降了约24%和50%;研究结果为部分填充混凝土钢桥墩在复杂荷载情况下的工程应用奠定了理论基础。