ECC管混凝土桥墩抗震性能研究

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工程水泥复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)是一种具有高延性、多裂缝开裂特征的纤维增强水泥基复合材料。以ECC管作为永久性模板,浇筑钢筋混凝土桥墩,能充分发挥ECC材料的特性。目前,国内尚缺乏对ECC管混凝土组合桥墩的试验研究。本文通过拟静力试验与Open Sees有限元数值模拟分析,研究了ECC管混凝土组合桥墩抗震性能,为后续同类型桥墩的研究与应用提供依据。本文主要研究工作和取得的成果如下:(1)进行了4根组合墩柱和1根普通混凝土墩柱的拟静力试验。试验设计参数为ECC管壁厚、轴压比和塑性铰区是否为全ECC截面。ECC管壁厚分别为40mm和50mm,轴压比设计分别为0.15和0.3。通过拟静力试验,分析了试件的破坏形态、延性性能、滞回性能、滞回耗能和刚度退化等。(2)拟静力试验结果表明,相比于普通钢筋混凝土桥墩,ECC管混凝土组合桥墩的滞回曲线更加饱满,承载力更大,达到极限荷载时的位移更大,累计滞回耗能更大,具有更好的耗能能力;延性系数更大,位移加载到同一级时,残余位移更小,具有更好的弹塑性变形能力,且不可恢复的塑性变形更小;刚度退化速率比普通混凝土桥墩的退化速率更缓慢,具有更好的抵抗变形的能力。(3)采用Open Sees软件建立有限元模型进行模拟,得到了滞回曲线与骨架曲线。相比于试验所得的滞回曲线,模拟所得的滞回曲线捏缩现象稍大,初始刚度也稍大。但总体来说,与试验结果吻合良好,说明在采用合理本构时,使用Open Sees来模拟是可行的。(4)基于Open Sees模拟进行参数分析,计算结果显示:ECC管越厚,强度越大,滞回曲线越饱满,承载力越高,ECC管混凝土桥墩的耗能能力越强。试件处于弹性阶段时,不同ECC厚度的试件承载力相差不大。在达到峰值承载力后,ECC管越厚,强度越小,则到达峰值后下降的速率更缓慢,具有更好的塑性变形能力。轴压比小的试件峰值承载力更小,滞回曲线更饱满,ECC管混凝土桥墩的耗能能力更强。轴压比越小,达到峰值荷载时的位移越大,即,轴压比小的试件在加载后期的耗能能力更强。在达到峰值承载力以后,轴压比越小,到达峰值后承载力下降的速率越慢,组合桥墩的塑性变形能力越强。
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