预制拼装盖梁-桥墩结构的受力性能研究

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预制拼装桥梁构件在桥梁工程中的应用越来越广泛,目前装配式桥梁主要用于跨海大桥和城市高架桥梁,预制拼装施工主要优点有:施工进度快、施工质量高、环境污染小等,预制拼装桥梁在灾害抢险、大型跨海工程等领域具有较好的应用前景。公路中小跨径桥梁主要采用桩柱式桥墩加盖梁作为下部结构,中小跨径桥梁上部结构一般采用预制T型梁、空心板梁和预制小箱梁等形式,已经实现了预制施工,但是下部结构预制施工还不成熟。为了推广中小跨径桥梁下部结构预制拼装施工技术,必须对预制盖梁与现浇或预制桥墩的施工方案进行理论和试验研究。
  中小跨径桥梁下部结构预制施工设计方案中,重点是对预制盖梁和现浇桥墩连接节点构造以及盖梁吊装进行设计和验算,本文重点研究盖梁与桥墩的连接节点构造设计、试验研究、理论分析和有限元模拟,以及套筒灌浆粘结钢筋连接方式的受力性能研究。根据两个依托实际工程(S319省道甬余线江北段省道改造提升项目和奉化西环线公路工程二期项目)的预制盖梁设计方案,设计了4个单柱式盖梁-桥墩试件,分别为S1-整体现浇试件、S2-金属波纹管连接预制盖梁-现浇桥墩试件、S3-灌浆套筒连接预制盖梁-现浇桥墩试件和S4-H型钢连接预制盖梁-现浇桥墩试件。在墩顶施加恒定竖向轴力和循环往复水平力,通过拟静力试验对各个试件的抗震性能进行研究,考察盖梁-桥墩结构体系的地震破坏形态和分析破坏机理,利用自编程序模拟了单调加载试验,利用OpenSees软件模拟了拟静力往复加载试验;开展了金属波纹管和灌浆套筒灌浆连接钢筋拉拔试验,并对粘结计算理论进行了研究。本文主要工作为:
  (1)对国内外预制拼装盖梁、桥墩的相关文献进行研究和分析,提出本文的研究目的、研究内容和技术路线。
  (2)介绍试件的设计方案和制作流程,并对拟静力试验现象和试验数据进行分析,对比分析各个试件的滞回曲线、等效刚度、耗能能力、位移延性和残余位移等抗震性能指标差异。
  (3)利用桥墩单塑性铰模型并基于弯矩-曲率的关系推导接缝处截面抗弯承载力,编制Fortran程序进行预制桥墩受弯破坏全过程分析。
  (4)利用OpenSees有限元软件中的纤维梁柱单元,模拟预制盖梁-现浇桥墩试件拟静力循环加载试验,荷载-位移滞回曲线与试验结果基本一致,有限元模型不能模拟试件的强度和刚度退化效应。
  (5)利用圆筒套箍模型推导了套筒灌浆粘结钢筋抗拉承载力计算公式,开展了D=12mm带肋钢筋金属波纹管和灌浆套筒灌浆粘结拉拔试验,重点考察钢筋粘结长度和钢筋在灌浆料中轴心或偏心时的受力性能,试验结果表明套筒粘结钢筋承载力估算公式与发生滑移破坏时试件的承载力基本一致。
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