碳纖維約束空心薄壁墩抗震性能試驗(yàn)研究.pdf

1、為了最大限度的提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的利用率、降低因質(zhì)量分配引起的柱的抗震響應(yīng),采用空心截面形式的橋墩是合理的,我國現(xiàn)有橋梁特別是高、大跨徑橋梁普遍采用此類橋墩,其中中、高墩居多。橋墩作為橋梁延性抗震設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部位之一,必須高度重視其延性抗震性能?，F(xiàn)行的《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》僅適用于60m以下的一般橋墩,且空心薄壁墩的震害資料匱乏,抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足,因此,空心薄壁墩及碳纖維約束空心薄壁組合橋墩的延性抗震性能研究非常有必要,具有重要的工

2、程參考價(jià)值。
　　 針對(duì)目前公路橋梁中普遍采用的空心薄壁墩的典型情況,按相似原理和墩的受力特性,綜合考慮試驗(yàn)條件,設(shè)計(jì)了4個(gè)空心薄壁裸墩和5個(gè)碳纖維約束空心薄壁墩塑性鉸區(qū)域模型,通過擬靜力試驗(yàn)及理論分析,系統(tǒng)的研究了裸墩與碳纖維約束墩順橋向的延性抗震性能,主要成果如下:
　　 1.設(shè)計(jì)了以彎曲破壞為主的矩形截面空心薄壁墩,試驗(yàn)表明,單橋墩塑性鉸區(qū)域?yàn)槎崭叩?/5,且位于墩身底部,荷載下降到極限荷載75％時(shí),所有縱筋、箍筋

3、均未斷裂,少量縱筋屈服,箍筋未見屈服,加載面塑性鉸區(qū)域均不同程度的出現(xiàn)保護(hù)層混凝土剝落,側(cè)面未見大面積混凝土剝落；高軸壓比為0.3的試件延性抗震性能最差。
　　 碳纖維約束墩改變了裸墩的破壞模式,裸墩的破壞模式是在墩下部形成塑性鉸,塑性鉸區(qū)域核心混凝土壓碎、縱筋壓曲導(dǎo)致破壞。而約束墩的破壞主要集中在非約束區(qū)裂縫的出現(xiàn),塑性鉸區(qū)域碳纖維布受拉力作用后粘接劑表面變成白色,此處碳纖維布沿徑向水平張裂,未斷裂,試驗(yàn)結(jié)束時(shí),外包碳纖維沒有

4、顯著的材料破壞。隨著碳纖維層數(shù)的增加,未約束區(qū)裂縫的條數(shù)與出現(xiàn)的高度增大。
　　 2.軸力對(duì)試件滯回曲線的形狀影響很大,軸壓比為0.3的裸墩模型滯回環(huán)較豐滿,峰值荷載過后,滯回曲線穩(wěn)定；軸壓比為0.2的裸墩滯回環(huán)相對(duì)狹小,峰值荷載過后,滯回曲線的穩(wěn)定性較差,承載力衰減較快。在軸壓比和配筋率相同的情況下,配箍率為1.22％的裸墩滯回曲線豐滿,峰值荷載過后的荷載的下降段較平緩,極限變形能力強(qiáng)。
　　 3.相同縱筋率和配箍率的

5、試件,同等側(cè)移率情況下作用的軸向力越大,耗能能力越大,側(cè)向剛度隨之降低,但側(cè)向承載力不會(huì)改變；軸壓比為0.3的裸墩剛度退化較其它兩種軸壓比試件緩慢,軸壓比為0.15的裸墩塑性鉸區(qū)域側(cè)移較大。相同外力作用下,配箍率為1.22％的裸墩強(qiáng)度退化和剛度退化小于配箍率為0.85％的裸墩,隨著配箍率的增加,承載能力穩(wěn)定性越好,墩身塑性鉸區(qū)域側(cè)移越大,耗能能力越強(qiáng),剛度略有提高；塑性鉸區(qū)域配箍率越高,其轉(zhuǎn)動(dòng)能力越強(qiáng)。
　　 4.碳纖維約束墩的

6、地震耗能能力遠(yuǎn)高于裸墩,不改變裸墩的側(cè)向剛度,而側(cè)向承載力有一定程度的提高,延性得到很大程度的改善,采用碳纖維約束塑性鉸區(qū)域在基本不改變整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的基礎(chǔ)上,極大的提高結(jié)構(gòu)柱的抗震性能；約束墩的強(qiáng)度退化和剛度退化顯著小于裸墩；碳纖維包裹裸墩提高了其在側(cè)移率較大情況下的承載能力穩(wěn)定性；約束墩塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力優(yōu)于裸墩,具有很好的延性。
　　 5.采用截面曲率.延性分析專用程序求出了曲率延性系數(shù),根據(jù)位移延性系數(shù)與曲率延性系數(shù)之間的

7、轉(zhuǎn)換關(guān)系,求得位移延性系數(shù)的理論解,并與試驗(yàn)值相比較,理論計(jì)算結(jié)果處于試驗(yàn)值底限,便于安全；并推導(dǎo)出屈服曲率與極限曲率的解析解計(jì)算公式,進(jìn)而求得位移延性系數(shù),與試驗(yàn)值相吻合。
　　 6.骨架曲線特征值分析結(jié)果表明,軸壓比分別為0.15、0.2、0.3時(shí),極限荷載波動(dòng)較大,整體變化幅度大；位移延性隨軸壓比的增大而變小,介于4.40～5.56;軸壓比為0.2時(shí)極限荷載對(duì)應(yīng)的側(cè)向位移即變形幅度最大。提高配箍率降低了試件的極限承載力,但