鋼管混凝土橋墩的靜力與抗震性能研究.pdf

1、鋼管混凝土是鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的形式之一。由于具具有良好的抗壓、抗壓彎和抗震性能,在過去的幾十年中,國內(nèi)外均進行了廣泛的研究,取得了豐碩的成果,并在建筑結(jié)構(gòu)以受壓為主的柱子和拱橋的拱肋中得到廣泛應(yīng)用。 然而,由于外鋼管和核心混凝土之間相互作用效應(yīng)的復(fù)雜性,在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究上尚有諸多問題有待進一步研究,包括：鋼管約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系,這是研究其基本性能的關(guān)鍵：軸壓承載力公式繁多,不統(tǒng)一,計算結(jié)果甚至相差較大；對極限承載力研究

2、較多,忽視了重要的正常使用情況下各性能指標的研究；針對鋼管混凝士結(jié)構(gòu)用作橋墩的研究較少,國內(nèi)幾乎沒有這方面的研究；靜力試驗研究較多,抗震試驗研究相對較少。 針對上述問題,本文從鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的靜力性能和抗震性能兩大方面進行了理論和試驗研究：(1)靜力性能。從鋼管約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系研究出發(fā),對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的軸壓和壓彎這兩個基本受力性能進行了研究,對其剛度、承載力、變形等的計算方法進行了探索；(2)抗震性能。對鋼管混凝土橋墩的抗

3、震性能進行了試驗研究,同時提出一種新型的橋墩結(jié)構(gòu)形式--部分鋼管混凝土橋墩,并對這種結(jié)構(gòu)形式的橋墩進行了抗震性能試驗研究?，F(xiàn)將主要研究內(nèi)容摘要如下； 1.鋼管約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系模型針對鋼管和混凝土軸向同時受力以及僅核心混凝土軸向受力兩種情況,分別推導(dǎo)了鋼管與核心混凝土之間的徑向作用力p的計算表達式,進而給出了兩種受荷方式下核心混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,并修正了鋼管的軸向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：編制了核心混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線和鋼管混凝土的

4、軸力-應(yīng)變關(guān)系曲線分析程序,并與試驗數(shù)據(jù)進行了對比。 2.鋼管混凝土墩柱的軸壓力學(xué)性能研究基于外鋼管和核心混凝土的應(yīng)變協(xié)調(diào),推導(dǎo)了核心混凝土以及外鋼管的修正彈性模量計算公式,并提出了彈性階段鋼管混凝土墩柱的組合抗壓剛度計算方法；在分析軸壓短柱工作機理的基礎(chǔ)上,從極限狀態(tài)下鋼管和核心混凝土受力特點出發(fā),提出了新的軸壓短柱承載力計算方法,進而給出了軸壓長柱的穩(wěn)定承載力計算公式,并與大量試驗數(shù)據(jù)進行了對比；提出了鋼管混凝土軸壓短柱軸力

5、.應(yīng)變關(guān)系的三折線簡化模型。 3.鋼管混凝土墩柱的壓彎力學(xué)性能研究采用纖維模型法對截面的彎矩-曲率關(guān)系以及構(gòu)件的荷載-位移關(guān)系進行了計算分析；基于軸壓承載力計算方法,考慮荷載偏心的影響,回歸分析得到偏心受壓墩柱的承載力計算公式：推導(dǎo)了新的圓鋼管混凝土墩柱抗彎承載力計算方法；提出了表征鋼管混凝士壓彎構(gòu)件彎矩-軸力相關(guān)關(guān)系的三折線簡化模型,并通過了試驗數(shù)據(jù)驗證。 4.鋼管混凝土橋墩的抗震性能試驗研究設(shè)計了2根鋼管混凝土橋墩試

6、件,進行了擬靜力抗震試驗,并進行了1根鋼筋混凝土橋墩試件的對比試驗,以驗證鋼管混凝土橋墩良好的抗震性能。研究內(nèi)容包括：鋼管混凝土橋墩的破壞機制；鋼管混凝土橋墩的滯回耗能、延性、承載力、剛度退化以及強度退化等抗震性能,并與鋼筋混凝土橋墩作了對比；分析了軸壓比對鋼管混凝土橋墩抗震性能的影響。 5.部分鋼管混凝土橋墩的抗震性能試驗研究從改善傳統(tǒng)的鋼筋混凝土橋墩潛在塑性鉸區(qū)變形能力的思路出發(fā),提出了一種新型的橋墩結(jié)構(gòu)形式--部分鋼管混凝

7、土橋墩,給出定義并分析了優(yōu)點。設(shè)計了3根部分鋼管混凝土橋墩試件,進行了擬靜力抗震試驗,并進行了1根鋼筋混凝土橋墩試件的對比試驗,以驗證部分鋼管混凝土橋墩良好的抗震性能。研究內(nèi)容包括：部分鋼管混凝土橋墩的破壞機制,了解和驗證這種新橋墩形式能否按照目標實現(xiàn)破壞,達到預(yù)期目的；研究了部分鋼管混凝土橋墩的滯回耗能、延性、承載力、剛度退化以及強度退化等抗震性能,并與鋼筋混凝土橋墩進行了對比；分析了軸壓比、鋼管和混凝土間粘結(jié)程度對其抗震性能的影響。