混凝土箱型結(jié)構(gòu)的抗震性能研究.pdf

1、為了研究水平荷載作用方向、配箍率、縱筋率及軸壓比等相關(guān)參數(shù)對(duì)鋼筋混凝土(RC)箱型構(gòu)件及活性粉末混凝土(RPC)箱型構(gòu)件抗震性能的影響，本文對(duì)6根鋼筋混凝土箱型墩和3根活性粉末混凝土箱型墩進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了不同水平荷載作用方向及配箍率等參數(shù)對(duì)箱型墩抗震性能的影響;提出了計(jì)入雙軸水平力和軸力耦合效應(yīng)的箱型橋墩截面恢復(fù)力模型，編制了橋墩在雙向荷載作用下的全過程非線性數(shù)值分析程序;最后以一座主跨200m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)楸尘埃瑪M定

2、了一座同等跨徑的預(yù)應(yīng)力RPC連續(xù)剛構(gòu)橋，通過與同跨徑普通混凝土橋比較，探討了RPC材料在大跨度梁式橋中應(yīng)用的可行性。試驗(yàn)與理論分析結(jié)果表明:
　　 (1)在相同截面及配筋下，水平荷載加載方向是影響箱型墩抗震性能的一個(gè)重要因素。RPC箱型墩在常軸力和水平低周反復(fù)荷載共同作用下，均呈彎曲型破壞;滯回曲線呈梭形且比較飽滿，表明其有較好的耗能能力; R-BP-34(沿試件截面矩形對(duì)角線方向加載)骨架曲線在極限承載力后表現(xiàn)出較快的下降趨勢(shì)

3、，而R-BP-0(沿強(qiáng)軸方向加載)和R-BP-90(沿弱軸方向加載)骨架曲線經(jīng)過極限承載力后下降緩慢，均有強(qiáng)度下降平臺(tái)，說明其延性較好;在試件出現(xiàn)明顯的荷載退化之前，在同級(jí)荷載作用下，試件的承載能力隨著加載位移的增大和荷載循環(huán)次數(shù)的增加無明顯變化;出現(xiàn)明顯的荷載退化之后，在同級(jí)荷載作用下，試件的強(qiáng)度隨著加載位移的增大和荷載循環(huán)次數(shù)的增加產(chǎn)生明顯的衰減，這種現(xiàn)象R-BP-34最明顯，R-BP-0次之，所有試件均表現(xiàn)出較好的延性，延性系數(shù)均

4、大于4，其中R-BP-90延性最好，R-BP-0次之。對(duì)于RC箱型墩來說:從0度方向(即強(qiáng)軸方向)對(duì)試件施加低周反復(fù)荷載時(shí)，其承載力最高;從90度方向(即弱軸方向)對(duì)試件施加低周反復(fù)荷載時(shí)，其承載力最低，而延性則最好;而對(duì)試件進(jìn)行斜向加載時(shí)，承載力居中，而延性最差。
　　 (2)在水平加載方向和軸壓比等參數(shù)相同的情況下，不同配箍率對(duì)試件抗震性能的影響較大。對(duì)于RC箱型墩，配箍率不同的試件，其滯回曲線不同。對(duì)于配箍率為1％的試件，

5、其滯回曲線均為梭形且比較飽滿，說明該試件的耗能能力比較好，其滯回曲線的正負(fù)向在達(dá)到承載力峰值后承載力下降緩慢，而配箍率為0.5％的試件，其滯回曲線表現(xiàn)出一定的捏攏現(xiàn)象，相比之下，在側(cè)向水平荷載達(dá)到最大值后，滯回曲線上沒出現(xiàn)足夠的穩(wěn)定平臺(tái)，具體表現(xiàn)為配筋率為1％試件的荷載峰值與配筋率為0.5％試件的荷載峰值相差不大，相對(duì)比值在0～5％之內(nèi);而配筋率為1％試件的墩頂位移峰值是配筋率為0.5％試件墩頂位移峰值的2.5倍以上。配箍率較高試件的延

6、性明顯比配箍率低的試件延性高，試件的變形能力較大。如試件BP-1-0及BP-1-34的極限位移分別為45.62mm及38.94mm;而試件BP-0.5-0及BP-0.5-34的極限位移分別為27.13mm及22.85mm。
　　 (3)分析各試件滯回特性和骨架曲線特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了計(jì)入雙軸水平力和軸力耦合效應(yīng)的箱型橋墩恢復(fù)力模型，并編制了橋墩在單向荷載及雙向荷載作用下的全過程非線性數(shù)值分析程序，理論分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，

7、表明本文所提出的箱型橋墩恢復(fù)力模型及所編制程序的正確性。
　　 (4)無論是RPC箱型墩還是RC箱型墩，水平加載方向角對(duì)RPC與RC箱型橋墩的抗震性能都有較大影響，水平極限荷載隨著水平荷載加載方向角(強(qiáng)軸方向定義為0度方向)的增大而減小。在同一軸壓比下，弱軸受力試件延性要好于強(qiáng)軸受力試件，說明在同樣的截面及配筋下，水平荷載加載方向角是影響試件延性的重要因素。位移延性系數(shù)并不隨著加載方向角的增大而單調(diào)減小，當(dāng)加載方向角小于某個(gè)值時(shí)

8、，位移延性系數(shù)單調(diào)減小，而當(dāng)加載方向角大于某個(gè)角度時(shí)，位移延性系數(shù)反而增加，對(duì)本文試件而言這個(gè)臨界角度約在60°左右。水平荷載加載方向角度與試件耗能系數(shù)不是單調(diào)關(guān)系，而是存在某個(gè)臨界角度，就本文試件來說，該臨界角度約為60°，當(dāng)施加荷載方向角小于60°時(shí)，耗能系數(shù)單調(diào)減小，而當(dāng)施加荷載方向角大于60°時(shí)，耗能系數(shù)反而增加。
　　 (5)箱型墩的延性隨著縱筋率的提高而降低，當(dāng)軸壓比較小時(shí)，特別是當(dāng)軸壓比小于0.30時(shí)，隨著縱筋率的

9、提高，位移延性系數(shù)迅速下降，這是因?yàn)楫?dāng)軸壓比較小時(shí)，試件發(fā)生由縱筋控制的適筋破壞，墩的屈服位移或屈服曲率隨著縱筋率提高而增加，但是墩的極限位移或極限曲率變化很小，從而墩的延性降低。而當(dāng)軸壓比大于0.30時(shí)，試件發(fā)生平衡破壞或者超筋破壞，此時(shí)試件的極限狀態(tài)由混凝土控制，其屈服位移與極限位移很接近。
　　 (6)當(dāng)縱筋率一定時(shí)，軸壓比對(duì)墩頂極限水平承載力、位移延性系數(shù)及耗能系數(shù)都有影響，且對(duì)RPC與RC箱型橋墩的影響規(guī)律相同。對(duì)于R

10、PC箱型橋墩試件來說，在縱筋率為1.9％～3.7％時(shí)，墩頂極限水平承載力并不隨著軸壓比的增大而單調(diào)增加，當(dāng)軸壓比在0.4左右，極限水平承載力達(dá)到最大值，之后承載力隨著軸壓比的增大而減小;而對(duì)于RC箱型橋墩試件在縱筋率為1.13％～2.54％時(shí)，當(dāng)軸壓比小于0.4時(shí)，試件水平極限承載力隨著軸壓比的增大而增大，當(dāng)軸壓比超過0.4時(shí)，水平極限荷載隨著軸壓比的增大反而減小。隨著軸壓比的增加，箱型墩位移延性系數(shù)及耗能系數(shù)單調(diào)減小，當(dāng)軸壓比在0.4

11、0與0.50之間時(shí)，試件延性系數(shù)及耗能系數(shù)減小趨勢(shì)減緩。
　　 (7)通過對(duì)普通混凝土連續(xù)剛構(gòu)及RPC連續(xù)剛構(gòu)橋的受力性能及經(jīng)濟(jì)性方面的綜合比較發(fā)現(xiàn):RPC連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及整體穩(wěn)定性都能滿足規(guī)范要求，RPC連續(xù)剛構(gòu)橋在地震響應(yīng)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，因結(jié)構(gòu)自重的減輕，使得結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的內(nèi)力響應(yīng)尤其是墩身的內(nèi)力值大為減小，高的斷裂能及高韌性使結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以吸收更多的地震能量，使得RPC橋墩能夠較好的耗散地震能量，從而使結(jié)構(gòu)能夠