装配式桥梁预制组合墩柱连接节点抗震性能研究

作     者：苏思博 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王国清

授予年度：2021年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：装配式桥墩 插槽式连接 拟静力试验 有限元模拟 灌浆波纹管连接 

摘      要：钢筋混凝土桥梁的下部结构装配化施工是近几年桥梁工程界的研究热点,其出现了各种新型结构形式,但连接构造的可靠性尚需检验。对于预制拼装桥墩结构来说,柱体-盖梁、柱体-承台连接的可靠性和拼装的便利性是选择桥墩连接方式的关键因素。因此,研究装配式桥梁预制组合墩柱连接节点的抗震性能将有利于提高装配式桥梁整体结构的可靠度,有力促进装配式桥梁结构的发展。本文用试验研究、理论分析及工程应用相结合的方式开展,主要的工作和结论如下:1)首先以荣乌新线高速公路桥梁工程为背景,采用拟静力试验的方法对插槽式连接预制拼装墩柱进行研究,并基于有限元软件进行不同轴压比下低剪跨比插槽式管墩的数值模拟分析研究。有限元模拟与试验分析的结果表明,低剪跨比插槽式连接预制拼装管柱的破坏模式是剪切斜压破坏,同时随着轴压比的提高,模型的承载力逐渐增大,但管墩承载力降低的速度逐渐加快,延性性能逐渐降低,刚度明显增大,耗能能力显著增强。低剪跨比插槽式管墩的轴压比在0.2左右时具有较好的抗震性能。2)为了改善试验中插槽式管墩的剪切破坏模式,建立了三种不同剪跨比的插槽式连接空心管墩并进行了数值模拟拓展研究,结果表明,剪跨比为1.5的模型破坏模式为剪切破坏、剪跨比为2.0的模型破坏模式为弯剪破坏,剪跨比为3.0的模型破坏模式为弯曲破坏。随着剪跨比的提高,管墩的初始刚度、耗能能力和延性性能得到了明显的提升,但其承载能力与残余位移变化不大,破坏时的刚度基本一致。3)为了研究灌浆波纹管连接的预制拼装管墩的抗震性能,提出了一种在矮墩中配置耗能钢筋的新型结构来改善矮墩的抗震性能,并开展了四种不同耗能钢筋配筋率的灌浆波纹管连接矮墩的数值模拟分析,结果表明提高耗能钢筋配筋率可以有效改善桥墩的延性性能与耗能能力,使得滞回曲线越来越饱满。当耗能钢筋配筋率达到0.35%时,桥墩耗能能力与延性性能提升的趋势有所减缓,增设耗能钢筋可以有效改善灌浆波纹管连接矮墩的抗震性能。4)基于荣乌新线高速公路张六庄特大桥,进行五种常见连接方式的比选研究,以确定桥梁下部结构的连接构造方式。综合研究表明,灌浆波纹管连接是最为适合的一种连接构造方式,采用灌浆波纹管连接可以满足设计要求。因此提出墩柱-承台、墩柱-盖梁均采用灌浆波纹管连接构造的施工工艺,这种施工工艺为国内首例。此研究成果可为实际工程中装配式桥墩连接方式的选择提供重要参考依据。