剪跨比对钢管混凝土组合桥墩抗震性能影响试验研究

发布时间：2019-09-26 01:12

【摘要】：钢管混凝土组合桥墩是一种以圆钢管为钢骨的新型钢-混凝土组合桥墩,具有良好的应用前景.通过3个组合桥墩试件的拟静力试验,研究了钢管混凝土组合桥墩的抗震性能和抗剪强度,分析了剪跨比对组合桥墩破坏形态、位移延性、刚度退化、滞回耗能和残余位移的影响.试验结果表明:剪跨比是决定组合桥墩破坏形态的关键因素,3个不同剪跨比的组合桥墩试件发生的破坏模式有剪切斜压破坏、弯剪破坏和弯曲破坏3类;3个组合桥墩试件的滞回曲线均比较饱满、稳定,无明显的捏缩、滑移现象;随着剪跨比的增大,试件的变形能力和耗能特性得到改善,刚度退化减慢,残余位移减小;不同剪跨比的组合桥墩试件均具有良好的变形能力,满足工程实践对位移延性系数和极限位移角的要求;对组合桥墩的抗剪强度计算公式进行了有益探讨,研究成果可为组合桥墩的抗震设计提供参考.
【图文】：

试件尺寸,配筋,单位,墩身

积．各墩顶的竖向力均为２８４ｋＮ，相应的试验轴压比ｎ＝０．１５，接近或者稍大于工程实践中桥墩的实际轴压比．表１试件设计参数汇总Ｔａｂ．１Ｓｕｍｍａｒｙｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ试件编号纵筋率ρｌ／％配箍率ρｖ／％含钢率ρｓ／％轴压比ｎ剪跨比λＣＳ０１１．７４０．５１１．７４０．１５１．５ＣＳ０２１．７４０．５１１．７４０．１５２．０ＣＳ０３１．７４０．５１１．７４０．１５３．０试件的尺寸和配筋如图１所示，墩身截面直径Ｄ均为３００ｍｍ，３个试件的剪跨比λ分别为１．５、２．０和３．０，相应的水平力加载点高度ｈ，即墩柱的有效高度分别为４５０、６００和９００ｍｍ，设计时柱头加高１５０ｍｍ以安装加载夹具；核心钢管采用规格为鐖１０２×４ｍｍ的Ｑ３４５级低碳合金无缝钢管，截面的含钢率为１．７４％．钢管在墩身内的埋置长度与水平力加载点高度相同，在底座内的锚固长度为４５０ｍｍ；墩身主筋采用８鐖１４的ＨＲＢ４００级带肋钢筋，沿截面周围均匀布置，相应的纵筋率为１．７４％；箍筋采用鐖６．５的ＨＰＢ３００级光圆钢筋，箍筋间距为７５ｍｍ，相应的体积配箍率为０．５１％．试件加工时，首先绑扎好墩身与底座的钢筋骨架，然后将核心钢管用定位钢筋固定在墩身的钢筋笼内，定位时注意使钢管几何位置居中，最后支模并浇筑墩身与底座的混凝土．混凝土的配合比按Ｃ４０设计，与实际工程中桥墩广泛采用的混凝土标号相同．浇筑试件时制作了３个标准混凝土立方体试块，与试件同条件养

试验装置图,试验装置,墩身

束试验．图２试验装置图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｅｓｔｓｅｔ－ｕｐ１．３测量装置与数据采集试验中需要进行测量和记录的数据主要有荷载、变形（位移）、应变以及墩身的裂缝信息．沿墩身不同高度处布置有水平、竖向和斜向的拉线式位移传感器以测量墩身的水平、弯曲和剪切变形，在基座侧面设有顶杆式位移传感器以观测试件在水平作用下是否发生刚体位移，在墩底范围的纵筋、箍筋及钢管上分别粘贴电阻应变片以监测测点位置的应变发展．水平力加载点处的荷载和位移由作动器的控制系统自动采集，并将荷载－位移滞回曲线实时显示在操作界面上，墩底的应变和墩身的变形信号利用无线静态应变测试系统采集，，墩身裂缝的宽度、长度和倾角采用混凝土裂缝探测仪、钢尺和量角器进行测量．２试验现象３个组合桥墩试件发生的破坏模式分别为剪切斜压破坏、弯剪破坏和弯曲破坏，图３给出了各试件的最终破坏形态，照片中墩身水平标记线间距为１０ｃｍ．（１）剪跨比λ＝１．５的试件ＣＳ０１发生剪切斜压破坏．水平位移为２ｍｍ时在墩底区域出现微小水平裂缝，随即朝侧面斜向延伸．随着水平荷载增大，已有裂缝宽度增加，并且在墩身腹部不断有大致平行的斜裂缝生成，斜裂缝相互交叉并将墩身侧面分割成不规则的菱形小块体．随后，斜裂缝逐渐汇合并发展出两条主剪斜裂缝，混凝土逐渐退出工作，墩身应力发生重分布，钢管混凝土芯柱开始发挥主要抗剪作用，主剪斜裂缝在芯柱的限制下裂缝宽度开展较慢．试件最终以剪压区的混凝土和墩身侧面的斜压小柱体被压溃而达到极限状态，同时出现了较明显的剪切黏结裂缝，整个破坏过程发展较为缓慢，具有一定的延性．从试件
【作者单位】：大连理工大学土木工程学院;中国人民解放军军事经济学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51178080)
【分类号】：U442.55

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