柱板式空心橋墩抗震性能試驗研究及有限元分析.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，致使高墩大跨度橋梁被廣泛應(yīng)用。同時，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)計乃是一大難題。傳統(tǒng)觀念橋墩的抗震延性設(shè)計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，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研究及工程實踐，特

2、別是美國設(shè)計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，設(shè)計比例尺為1∶10。在墩的縱向和橫向分別制

3、作3個試驗?zāi)Ｐ?，共?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，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體非線性有限元分析，得到實體模型的開裂荷載、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，同時提取各階段的荷載值與后期相應(yīng)的試驗值作對比。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，觀察在試驗過程中

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、展與試驗的實測數(shù)據(jù)相互吻合，從有限元實體模型反映試驗過程中試件模型中板、柱結(jié)構(gòu)的破壞模式，從而印證實際柱板式橋墩結(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，為了具體評價新型柱板式橋墩結(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體