预制拼装双柱式桥墩抗震性能及设计方法研究

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桥梁装配化施工不仅可以极大的提高桥梁建设的施工效率,还能更好的保障桥梁施工质量,已成为桥梁建设中的一种常用建设方式。但在各国学者对预制拼装桥墩的研究中,对双柱式桥墩的研究较少,且研究方向多为桥墩与承台墩帽间的连接,对桥墩节段间的连接方式的研究成果还比较匮乏。基于此,本文提出了一种采用超高性能混凝土作为灌浆料及湿接缝材料的双柱式桥墩拼装方式,该连接方式将当今研究较热的新型材料UHPC引入到预制拼装桥墩中,形成了一种在桥墩与盖梁承台间采用灌浆波纹管连接,墩身节段间采用现浇湿接缝连接的预制拼装方式。对该拼接方式的细部构造进行深入的探究,并在此基础上对该连接方式下的双柱式桥墩进行拟静力试验研究,以探究该连接方式的可靠性及该桥墩体系的抗震性能。本文的主要研究工作如下:(1)通过查阅国内外对预制拼装桥墩结构的研究,系统的了解梳理当今预制拼装桥墩的研究成果和结论。基于当前的研究成果,提出采用UHPC混合连接的预制拼装桥墩形式。总结本文的研究思路、具体研究目标及主要研究内容,为解决现今预制拼装桥墩研究的一些不足之处提供有效思路。(2)在保证该连接方式各连接部位牢固可靠的基础上,对桥墩纵筋布置方案、承台盖梁与桥墩接缝处抗剪设计、灌浆波纹管连接长度以及节段桥墩湿接缝高度等细部构造进行了分析研究,进而提高该连接方式的建设经济性以及施工便利性。(3)对采用UHPC混合连接的双柱式桥墩进行了拟静力试验设计和研究,确定了双柱墩试件的构造形式及拼装方法。通过对循环荷载作用下桥墩试件的滞回耗能、塑性铰形成、刚度退化、接缝面连接性能及钢筋应变等试验数据进行分析,从而探究该连接方式的可靠性及采用该连接方式的双柱式桥墩抗震性能。(4)基于ABAQUS有限元分析软件对采用UHPC混合连接的双柱式桥墩进行数值模拟分析。通过合理的定义模型材料属性及各拼接处的接触方式,建立出该连接方式下的双柱墩数值分析模型。对模型进行运行分析可知:模型计算结果与拟静力试验结果拟合度较高。由此为未来通过数值模拟的方式实现整桥在地震时程作用下的模拟,探究该连接方式在高烈度震区的应用提供参考。(5)对UHPC混合连接桥墩体系的抗震设计方法进行探究,基于本文对双柱墩试件的拟静力试验及数值分析结果,结合基于位移延性系数的抗震设计方法,提出了不同延性系数与桥墩各级损伤的对应关系。并为采用该连接方式的桥墩体系提出了一些抗震设计措施及施工建议,为未来设计采用UHPC混合连接的桥墩体系提供参考。
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