论文摘要
随着我国现代化建设步伐的不断加速,桥梁建设成为影响社会经济发展的重要因素。近年来大地震频发,对地震灾区的桥梁设施造成了巨大的破坏。在这些地震中,绝大部分桥梁损坏的原因是桥梁下部结构失效而导致的整个结构破坏。传统的钢筋混凝土桥墩由于自重大、延性差等缺点导致其在地震中的损毁尤为严重。与钢筋混凝土桥墩相比,钢桥墩具有更好的强度和抗震性能,而且由于钢桥墩的施工简便、占地面积小,在发达国家得到了广泛的应用。但是在地震中钢桥墩易发生局部的屈曲变形破坏,为了提高钢桥墩的延性性能,实践证明在钢桥墩中填充部分混凝土是一种行之有效的补强方法。在钢桥墩中填充部分混凝土后可以利用钢板与混凝土之间相互约束的作用,有效地提高钢桥墩的极限承载力和延性。虽然有相关文献对内填部分混凝土钢桥墩进行了研究并且提出了相应的有限元计算模型,但是由于有限元模型中未考虑钢板与混凝土之间脱离、滑移的情况,导致多数计算结果与实际情况相差较大。本文在总结以往内填混凝土钢桥墩研究成果的基础上,进行了以下几个方面的工作:(1)利用有限元分析软件DIANA对内填部分混凝土箱形截面钢桥墩进行数值模拟,研究了内填混凝土钢桥墩的各种尺寸参数对其力学性能的影响。研究结果表明:混凝土的填充率对钢桥墩的破坏模态有很大影响,提高混凝土填充率可以显著提高钢桥墩的极限承载力和延性性能。此外,钢桥墩的翼缘宽厚比参数和长细比参数越大,结构延性越差。(2)利用数值模拟方法研究了钢板与混凝土界面连接性能对钢桥墩延性性能的影响。数值计算结果表明:在混凝土填充率为50%的情况下,将钢板与混凝土完全固结后,可以有效地提高钢桥墩的延性性能。(3)通过试验研究了部分内填混凝土箱形截面钢桥墩在水平反复荷载作用下的滞回性能和破坏模态。试验结果证明:提高混凝土填充率可以有效改善内填混凝土钢桥墩的滞回性能;钢桥墩的翼缘宽厚比对滞回性能的影响较大;利用栓钉将钢板与混凝土固结后,可以显著提高钢桥墩的能量吸收能力。(4)对试验试件进行了数值模拟分析。数值模拟结果与试验结果吻合较好,证明本文采用的有限元分析模型具有较高的精度。本文采用试验和数值模拟相结合的研究方法对部分内填混凝土箱形截面钢桥墩的力学性能进行了系统的分析,但是仍有许多问题有待进行更深入研究。本文最后对内填混凝土钢桥墩的进一步研究做了展望。