部分內填混凝土箱形截面鋼橋墩的延性性能研究.pdf

1、近年來大地震頻發(fā),高架橋作為交通網絡中的重要組成部分,若在地震過程中發(fā)生了影響其使用性能的嚴重損傷,將導致交通網絡的癱瘓,從而嚴重影響災后的抗震救災工作。諸多地震災害調查報告表明,橋梁在地震過程中發(fā)生嚴重破壞甚至倒塌主要是由于橋墩的破壞所致。與傳統(tǒng)鋼筋混凝土橋墩相比,鋼橋墩具有輕質、施工便捷、節(jié)省城市空間、外形多樣、造型美觀、震后補強措施簡潔、抗震性能高等優(yōu)勢。在純鋼橋墩中填充混凝土,一方面可以提高其抵抗車輛撞擊的能力,另一方面又可以提

2、高其吸能能力并改善鋼橋墩的延性。
　　本文的研究對象為以柱頂恒定軸向力以及水平往復位移為荷載的部分內填混凝土箱形截面鋼橋墩。通過使用有限元分析軟件DIANA對鋼橋墩進行三維和二維彈塑性有限元分析,研究部分內填混凝土鋼橋墩的延性性能。開展的主要研究如下:
　　(1)鋼橋墩三維有限元模擬方法的試驗驗證?；谠囼灁?shù)據(jù),建立三維彈塑性有限元模型,將分析得到的水平荷載-水平位移滯回曲線以及破壞模態(tài)結果與試驗結果進行比較,吻合較好。

3、r>　　(2)鋼橋墩破壞模態(tài)及受力機理分析。建立以翼緣寬厚比、柱長細比、混凝土填充率、柱頂軸壓比為變化參數(shù)的三維彈塑性精確有限元分析模型。歸納總結鋼橋墩可能出現(xiàn)的各破壞模態(tài):對于純鋼橋墩,局部屈曲發(fā)生在試件底部;對于內填混凝土鋼橋墩,混凝土填充量較少時,局部屈曲通常發(fā)生在內填混凝土上部鋼板;隨著混凝土填充量的增加,局部屈曲將出現(xiàn)在試件底部附近。在此基礎上對主要加載步的試件應變云圖進行分析,揭示純鋼橋墩和內填混凝土鋼橋墩破壞模態(tài)的力學機理

4、。
　　(3)水平反復荷載作用下鋼橋墩的延性性能分析。分析翼緣寬厚比、柱長細比、混凝土填充率、柱頂軸壓比等四個參數(shù)變化對內填混凝土鋼橋墩延性性能以及剛度退化特性的影響。
　　(4)鋼橋墩延性性能簡化計算方法。從設計角度,使用二維梁單元模型預測鋼橋墩的延性。保持二維梁單元模型的各項幾何特性、材料特性均與三維模型一致,將計算結果與三維有限元分析結果進行對比,提出對底部鋼板的極限應變進行修正的方法,將底部鋼板的極限應變乘以修正系數(shù)