高強(qiáng)鋼筋高性能自密實(shí)混凝土橋墩抗震性能研究中文摘要

從國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展角度以及橋墩建造出發(fā)，在橋墩中采用高強(qiáng)鋼筋并配合新型高強(qiáng)、高性能自密實(shí)混凝土的使用是將來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，可減少鋼筋用量、改善鋼筋布置的密集程度，增強(qiáng)混凝土的可澆筑性，從而降低勞動(dòng)力成本、提高混凝土澆筑質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)便利的綠色施工。隨著高強(qiáng)鋼筋高性能自密實(shí)混凝土橋墩在高地震危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)用，抗震性能如何成為阻礙這類橋墩應(yīng)用的一個(gè)迫切需要解決的研究課題。本項(xiàng)目擬開(kāi)展：1）橋墩的擬靜力和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究單柱和框架墩、實(shí)心截面墩和空心截面墩、塑性鉸區(qū)傳統(tǒng)配箍形式和復(fù)合配箍形式等不同構(gòu)造方式下該類橋墩的滯回特性、延性變形、耗能特性和破壞模式等；2）建立正確的考慮鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移的橋墩抗震性能理論數(shù)值分析模型和計(jì)算方法，并開(kāi)展高強(qiáng)鋼筋高性能自密實(shí)混凝土橋墩影響因素的數(shù)值分析研究。為其在高地震危險(xiǎn)區(qū)域的工程應(yīng)用提供可靠的技術(shù)支持、理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)研究資料。

伴隨當(dāng)今建筑材料發(fā)展及我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整，推進(jìn)高強(qiáng)鋼筋高性能混凝土于橋梁中應(yīng)用是必然趨勢(shì)。然而目前缺乏對(duì)配置HRB400MPa及以上等級(jí)高強(qiáng)鋼筋高性能混凝土橋墩抗震性能及在強(qiáng)震區(qū)橋梁上應(yīng)用等研究，本項(xiàng)目針對(duì)采用高強(qiáng)鋼筋、高性能混凝土（包括自密實(shí)混凝土）的混凝土橋墩開(kāi)展研究，主要研究?jī)?nèi)容有：①高強(qiáng)鋼筋、高性能自密實(shí)混凝土粘結(jié)錨固性能試驗(yàn)研究；②針對(duì)不同構(gòu)造形式的高強(qiáng)鋼筋高性能混凝土（包括自密實(shí)混凝土）單柱墩及框架墩的擬靜力試驗(yàn)，以及受水平雙向往復(fù)荷載作用的單柱墩擬靜力試驗(yàn)；③高強(qiáng)鋼筋高性能混凝土單跨橋梁的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)；④基于粘結(jié)錨固試驗(yàn)及擬靜力試驗(yàn)，建立考慮鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移的數(shù)值分析模型，研究高強(qiáng)鋼筋高性能自密實(shí)混凝土橋墩的抗震性能。主要成果有：①由高強(qiáng)鋼筋和自密實(shí)混凝土的粘結(jié)錨固試驗(yàn)表明，鋼筋與自密實(shí)混凝土的粘結(jié)性能受錨固長(zhǎng)度、保護(hù)層厚度及配箍率等影響，且往復(fù)拉壓加載會(huì)降低鋼筋的極限錨固強(qiáng)度；②由高強(qiáng)鋼筋自密實(shí)混凝土單柱墩的擬靜力試驗(yàn)表明，未經(jīng)振搗的自密實(shí)混凝土單柱墩的抗震性能弱于普通振搗混凝土橋墩，建議混凝土施工中采用微振搗措施，以高強(qiáng)鋼筋減少縱筋配筋率的橋墩也具有較好的延性和耗能能力。水平雙向加載對(duì)單柱墩的初始剛度影響不大，卻使結(jié)構(gòu)最大承載力下降約30%。采用高強(qiáng)鋼筋混凝土的預(yù)制拼裝橋墩抗震性能不同于整體現(xiàn)澆橋墩；③高強(qiáng)鋼筋高性能混凝土單跨橋梁的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)表明，單柱墩發(fā)生彎曲破壞且具有較好的延性，但滯回曲線與擬靜力試驗(yàn)相比偏瘦扁；④基于OpenSees的纖維單元理論，采用墩底附加零長(zhǎng)度截面單元來(lái)考慮鋼筋滑移而建立的數(shù)值分析模型可以反映試驗(yàn)試件的剛度退化、強(qiáng)度退化等行為，分析表明，混凝土和鋼筋滑移的本構(gòu)參數(shù)對(duì)橋墩的抗震性能有一定影響。通過(guò)本項(xiàng)目的試驗(yàn)和數(shù)值分析研究，初步掌握了高強(qiáng)鋼筋高性能混凝土（包括自密實(shí)混凝土）橋墩的抗震性能及影響因素，為該類型橋墩在我國(guó)高地震危險(xiǎn)地區(qū)的應(yīng)用提供了一定的技術(shù)積累。 2100433B

內(nèi)設(shè)加勁肋的冷彎中厚壁矩形鋼管自密實(shí)混凝土橋墩，是一種新型組合結(jié)構(gòu)，具有承載力高、抗震性能好、加工簡(jiǎn)單、施工快捷等優(yōu)點(diǎn)；合理設(shè)計(jì)組合柱內(nèi)部加勁肋能達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)塑性鉸區(qū)域的目的。本項(xiàng)目采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法：研究冷彎中厚壁矩形鋼管自密實(shí)混凝土柱強(qiáng)度計(jì)算方法，結(jié)合工程實(shí)例開(kāi)展橋墩模型擬靜力試驗(yàn)；揭示新型組合橋墩的抗震破壞機(jī)理，并運(yùn)用基于位移的適應(yīng)譜Pushover方法，分析加勁肋設(shè)置方式、截面形狀系數(shù)、長(zhǎng)細(xì)比以及混凝土強(qiáng)度等級(jí)等因素，對(duì)新型組合墩柱振型、頻率、承載能力、變形能力、耗能能力、剛度、破壞形態(tài)、塑性鉸區(qū)域優(yōu)化設(shè)計(jì)等的影響；探討實(shí)用的基于位移的新型組合橋墩抗震設(shè)計(jì)與分析方法。項(xiàng)目研究成果有利于推動(dòng)冷彎中厚壁型鋼結(jié)構(gòu)及其鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的理論發(fā)展，有利于推廣此類新型組合墩柱在高架橋、互通式立交橋、高速公路橋以及人行橋等工程中的應(yīng)用，具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

自密實(shí)混凝土由于其優(yōu)良的工作性和受力性能在土木工程中具有廣闊的應(yīng)用前景，為確保工程質(zhì)量迫切需要對(duì)其徐變性能進(jìn)行深入研究。本項(xiàng)目針對(duì)自密實(shí)混凝土的原材料特征，以水膠比、粉煤灰單摻、粉煤灰與磨細(xì)礦渣復(fù)摻、砂率、骨料類型以及混凝土強(qiáng)度等作為主要影響因素，對(duì)自密實(shí)混凝土受壓徐變進(jìn)行深入系統(tǒng)試驗(yàn)研究，揭示各因素對(duì)自密實(shí)混凝土基本徐變與干燥徐變的影響規(guī)律，提出了適合于自密實(shí)混凝土的受壓徐變預(yù)測(cè)計(jì)算模型，同時(shí)提出減小自密實(shí)混凝土徐變的優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)方法。本項(xiàng)目還進(jìn)行自密實(shí)混凝土梁彎曲徐變?cè)囼?yàn)，研究自密實(shí)混凝土梁的荷載撓度時(shí)變曲線及其受各因素的影響規(guī)律，同時(shí)通過(guò)跨中梁底和梁頂?shù)膽?yīng)變分析揭示自密實(shí)混凝土拉、壓徐變度發(fā)展的對(duì)比關(guān)系，提出自密實(shí)混凝土受拉徐變度的計(jì)算方法。最后基于徐變?cè)囼?yàn)結(jié)果及機(jī)理分析，考慮自密實(shí)混凝土材料特征，在固化徐變理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)可用于數(shù)值分析的自密實(shí)混凝土徐變的理論計(jì)算方法。 2100433B

自密實(shí)混凝土由于其優(yōu)良的工作性和受力性能在土木工程中具有廣闊的應(yīng)用前景，為確保工程質(zhì)量迫切需要對(duì)其徐變性能進(jìn)行深入研究。本項(xiàng)目針對(duì)自密實(shí)混凝土的原材料特征，以水膠比、粉煤灰單摻、粉煤灰與磨細(xì)礦渣復(fù)摻、砂率、骨料類型以及混凝土強(qiáng)度等作為主要影響因素，對(duì)自密實(shí)混凝土受壓徐變進(jìn)行深入系統(tǒng)試驗(yàn)研究，揭示各因素對(duì)自密實(shí)混凝土基本徐變與干燥徐變的影響規(guī)律，提出適合于自密實(shí)混凝土的受壓徐變預(yù)測(cè)計(jì)算模型，同時(shí)提出減小自密實(shí)混凝土徐變的優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)方法。本項(xiàng)目還進(jìn)行自密實(shí)混凝土梁彎曲徐變?cè)囼?yàn)，研究自密實(shí)混凝土梁的荷載撓度時(shí)變曲線及其受各因素的影響規(guī)律，同時(shí)通過(guò)跨中梁底和梁頂?shù)膽?yīng)變分析揭示自密實(shí)混凝土拉、壓徐變度發(fā)展的對(duì)比關(guān)系，提出自密實(shí)混凝土受拉徐變度的計(jì)算方法。最后基于徐變?cè)囼?yàn)結(jié)果及機(jī)理分析，考慮自密實(shí)混凝土材料特征，在固化徐變理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)可用于數(shù)值分析的自密實(shí)混凝土徐變的理論計(jì)算方法。