節(jié)段拼裝橋墩抗震性能試驗(yàn)研究與理論分析.pdf

1、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁分段施工技術(shù)是當(dāng)今世界橋梁工程的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。隨著強(qiáng)調(diào)施工工期短、加強(qiáng)耐久性、對(duì)現(xiàn)有交通影響盡量小、不影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境等方面要求的提高，預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)倍受青睞，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是對(duì)于采用節(jié)段拼裝施工技術(shù)的橋墩，其抗震性能如何，目前仍然缺乏系統(tǒng)的研究。這已成為困擾橋梁設(shè)計(jì)工程師和業(yè)主的技術(shù)難題，從而限制了該技術(shù)在我國(guó)橋梁建設(shè)中的運(yùn)用。鑒于上述原因，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的現(xiàn)狀，通過擬靜力試驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究

2、方法，對(duì)三種不同類型節(jié)段拼裝橋墩進(jìn)行了抗震性能研究，試圖揭示節(jié)段拼裝橋墩的地震破壞機(jī)理和抗震分析方法。綜合起來(lái)，本文主要進(jìn)行了以下幾部分的工作： (1)在查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)橋墩采用節(jié)段拼裝施工方法的橋梁的應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景、節(jié)段拼裝橋墩的類型及其力學(xué)特征、節(jié)段拼裝橋墩的試驗(yàn)研究和理論研究等現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)的回顧與總結(jié)。 (2)為初步探討節(jié)段拼裝橋墩的抗震性能，設(shè)計(jì)了一個(gè)包含五種不同類型混凝土橋墩的試驗(yàn)方案，其中

3、節(jié)段拼裝橋墩有三種，其余兩種分別為普通鋼筋混凝土橋墩和無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土橋墩。對(duì)該方案采用擬靜力和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)研究。這樣該方案包括兩組共十個(gè)試件，其中第一組五個(gè)試件為擬靜力試件、第二組五個(gè)試件為振動(dòng)臺(tái)試件。每組試件試驗(yàn)參數(shù)相同，為：是否存在預(yù)應(yīng)力鋼筋、不同施工方法、預(yù)應(yīng)力筋的布置位置和存在方式、附加耗能裝置。 (3)采用擬靜力試驗(yàn)方法比較分析了本文中五種不同構(gòu)造類型混凝土橋墩的破壞形態(tài)、易損部位、荷載位移滯回曲

4、線、節(jié)段拼裝橋墩的接縫開展、擬靜力殘余位移、曲率分布、耗能能力、粘滯阻尼比等，得到了節(jié)段拼裝橋墩、鋼筋混凝土橋墩和預(yù)應(yīng)力混凝土橋墩之間擬靜力行為的異同。 (4)采用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方法比較分析了本文中五種不同構(gòu)造類型混凝土橋墩的動(dòng)力特性，損傷破壞過程，接縫的擴(kuò)展規(guī)律，相同加速度激勵(lì)下的最大位移響應(yīng)等。同時(shí)分析了擬靜力試驗(yàn)結(jié)果與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果的異同，總結(jié)了不同類型橋墩的地震響應(yīng)特點(diǎn)和規(guī)律。 (5)針對(duì)節(jié)段拼裝橋墩的構(gòu)造特點(diǎn)，采用

5、纖維模型分析方法和塑性鉸分析方法對(duì)各個(gè)試件分別進(jìn)行了循環(huán)荷載分析和非線性時(shí)程分析。在采用纖維模型分析方法時(shí)，對(duì)節(jié)段拼裝橋墩涉及到的接縫，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，耗能鋼筋等特殊問題進(jìn)行了仔細(xì)的分析比較，在此基礎(chǔ)上給出了適宜的模擬方法，然后分別對(duì)擬靜力試件和振動(dòng)臺(tái)試件進(jìn)行了非線性有限元分析，比較了纖維模型分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的異同。針對(duì)纖維模型分析方法模擬復(fù)雜、工作量大的特點(diǎn)，采用了簡(jiǎn)化的集中塑性鉸方法進(jìn)行分析。首先編制了五種不同

6、類型橋墩的截面彎距曲率分析程序，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定各種橋墩的加卸載規(guī)律，最后采用等效單自由度方法進(jìn)行了各種橋墩模型試件在各個(gè)試驗(yàn)工況下的擬靜力荷載位移滯回曲線、非線性時(shí)程激勵(lì)下的墩頂最大位移等地震反應(yīng)規(guī)律的比較。與試驗(yàn)結(jié)果的比較表明：纖維模型分析方法和集中塑性鉸分析方法是分析節(jié)段拼裝橋墩抗震性能的有效近似分析方法。 (6)根據(jù)上述研究成果，對(duì)城市高架中常用的單柱墩連續(xù)梁橋提出了上部結(jié)構(gòu)和橋墩的節(jié)段拼裝施工方案，并采用集中塑性鉸