柱板式空心橋墩抗震性能試驗(yàn)研究及有限元分析.pdf

1、隨著我國鐵路事業(yè)往西部地區(qū)發(fā)展，由于西部地區(qū)山高、溝深、坡陡等地形特點(diǎn)，致使高墩大跨度橋梁被廣泛應(yīng)用。同時(shí)，西部地區(qū)又是屬于高烈度地震區(qū)，地震多發(fā)、頻發(fā)，因此高墩橋墩的抗震設(shè)計(jì)乃是一大難題。傳統(tǒng)觀念橋墩的抗震延性設(shè)計(jì)是通過墩柱的塑性鉸區(qū)的塑性變形來消散地震輸入的能量，但也造成了震后結(jié)構(gòu)損壞難以修復(fù)的問題。同時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)中已被廣泛應(yīng)用的減隔震技術(shù)并不適用于長周期的高墩橋梁。近年來，國內(nèi)外對空心高墩橋梁進(jìn)行了廣泛的抗震試驗(yàn)研究及工程實(shí)踐，特

2、別是美國設(shè)計(jì)人員提出的一種用四面剪力墻連接四個正八角形柱的空心高橋墩。所有這些研究共同的理念是通過合理的截面設(shè)計(jì)及橫向鋼筋的合理布置以提高構(gòu)件的強(qiáng)度、延性和耗能能力。柱板式空心墩就是基于以上的抗震理念，并且已經(jīng)成為高墩抗震發(fā)展方向之一，國內(nèi)針對柱板式高墩的理論及試驗(yàn)研究目前還沒有系統(tǒng)的展開。本文對新型柱板式空心墩的抗震性能進(jìn)行研究，以縱目溝大橋柱板式橋墩為原型，截取橋墩的第三節(jié)段進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)比例尺為1∶10。在墩的縱向和橫向分別制

3、作3個試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，共?jì)6個模型，并對6個模型進(jìn)行低周反復(fù)荷載作用下的擬靜力試驗(yàn)，以研究柱、板結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的破壞模式和滯回特性。
　　本文首先利用有限元分析軟件midas FEA對試件模型進(jìn)行了單向水平荷載作用下的實(shí)體非線性有限元分析，得到實(shí)體模型的開裂荷載、首裂縫的出現(xiàn)位置以及開裂狀態(tài)下和破壞狀態(tài)下的主應(yīng)力圖，同時(shí)提取各階段的荷載值與后期相應(yīng)的試驗(yàn)值作對比。在有限元分析的基礎(chǔ)上，通過對試件的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，觀察在試驗(yàn)過程中

4、試件約束板和柱的裂縫開展情況及整個破壞模式，得到了試件的荷載—位移滯回曲線，并提取試驗(yàn)中關(guān)于鋼筋和混凝土的應(yīng)變數(shù)據(jù)，分析了整個試驗(yàn)過程中鋼筋的受力情況和混凝土處于彈性階段的受力情況。對比分析與有限元模型計(jì)算得到的開裂荷載，首裂縫的位置以及后期裂縫發(fā)展延伸情況以及鋼筋和混凝土在各個階段荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變情況。結(jié)果表明有限元實(shí)體模型混凝土開裂荷載和首裂縫出現(xiàn)的位置以及裂縫的發(fā)展情況與試驗(yàn)結(jié)果相對應(yīng)，各階段荷載作用下鋼筋和混凝土的應(yīng)力應(yīng)變發(fā)

5、展與試驗(yàn)的實(shí)測數(shù)據(jù)相互吻合，從有限元實(shí)體模型反映試驗(yàn)過程中試件模型中板、柱結(jié)構(gòu)的破壞模式，從而印證實(shí)際柱板式橋墩結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的耗能過程即通過薄壁板的開裂破壞來消散強(qiáng)震作用下的大部分能量來保護(hù)墩柱。同時(shí)，為了具體評價(jià)新型柱板式橋墩結(jié)構(gòu)的抗震性能，需要設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)。因此，利用二元件模型模擬試件模型中的約束板并建立相應(yīng)的有限元簡化分析模型。在與試驗(yàn)同等荷載作用下，對簡化模型進(jìn)行非線性分析并調(diào)整相應(yīng)的恢復(fù)力參數(shù)，初步比較簡化模型和實(shí)體