【博士】钢管混凝土桥墩的静力与抗震性能研究【2007】

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内容简介

　　学科专业：桥梁与隧道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：东南大学　　学位年度： 2007年　　钢管混凝土是钢-混凝土组合结构的形式之一。由于具具有良好的抗压、抗压弯和抗震性能,在过去的几十年中,国内外均进行了广泛的研究,取得了丰硕的成果,并在建筑结构以受压为主的柱子和拱桥的拱肋中得到广泛应用。 　　然而,由于外钢管和核心混凝土之间相互作用效应的复杂性,在钢管混凝土结构的研究上尚有诸多问题有待进一步研究,包括：钢管约束混凝土的本构关系,这是研究其基本性能的关键：轴压承载力公式繁多,不统一,计算结果甚至相差较大；对极限承载力研究较多,忽视了重要的正常使用情况下各性能指标的研究；针对钢管混凝士结构用作桥墩的研究较少,国内几乎没有这方面的研究；静力试验研究较多,抗震试验研究相对较少。 　　针对上述问题,本文从钢管混凝土结构的静力性能和抗震性能两大方面进行了理论和试验研究：(1)静力性能。从钢管约束混凝土的本构关系研究出发,对钢管混凝土结构的轴压和压弯这两个基本受力性能进行了研究,对其刚度、承载力、变形等的计算方法进行了探索；(2)抗震性能。对钢管混凝土桥墩的抗震性能进行了试验研究,同时提出一种新型的桥墩结构形式--部分钢管混凝土桥墩,并对这种结构形式的桥墩进行了抗震性能试验研究。现将主要研究内容摘要如下； 　　1.钢管约束混凝土的本构关系模型针对钢管和混凝土轴向同时受力以及仅核心混凝土轴向受力两种情况,分别推导了钢管与核心混凝土之间的径向作用力p的计算表达式,进而给出了两种受荷方式下核心混凝土的应力-应变关系,并修正了钢管的轴向应力-应变关系：编制了核心混凝土应力-应变曲线和钢管混凝土的轴力-应变关系曲线分析程序,并与试验数据进行了对比。　　2.钢管混凝土墩柱的轴压力学性能研究基于外钢管和核心混凝土的应变协调,推导了核心混凝土以及外钢管的修正弹性模量计算公式,并提出了弹性阶段钢管混凝土墩柱的组合抗压刚度计算方法；在分析轴压短柱工作机理的基础上,从极限状态下钢管和核心混凝土受力特点出发,提出了新的轴压短柱承载力计算方法,进而给出了轴压长柱的稳定承载力计算公式,并与大量试验数据进行了对比；提出了钢管混凝土轴压短柱轴力.应变关系的三折线简化模型。　　3.钢管混凝土墩柱的压弯力学性能研究采用纤维模型法对截面的弯矩-曲率关系以及构件的荷载-位移关系进行了计算分析；基于轴压承载力计算方法,考虑荷载偏心的影响,回归分析得到偏心受压墩柱的承载力计算公式：推导了新的圆钢管混凝土墩柱抗弯承载力计算方法；提出了表征钢管混凝士压弯构件弯矩-轴力相关关系的三折线简化模型,并通过了试验数据验证。　　4.钢管混凝土桥墩的抗震性能试验研究设计了2根钢管混凝土桥墩试件,进行了拟静力抗震试验,并进行了1根钢筋混凝土桥墩试件的对比试验,以验证钢管混凝土桥墩良好的抗震性能。研究内容包括：钢管混凝土桥墩的破坏机制；钢管混凝土桥墩的滞回耗能、延性、承载力、刚度退化以及强度退化等抗震性能,并与钢筋混凝土桥墩作了对比；分析了轴压比对钢管混凝土桥墩抗震性能的影响。　　5.部分钢管混凝土桥墩的抗震性能试验研究　　从改善传统的钢筋混凝土桥墩潜在塑性铰区变形能力的思路出发,提出了一种新型的桥墩结构形式--部分钢管混凝土桥墩,给出定义并分析了优点。设计了3根部分钢管混凝土桥墩试件,进行了拟静力抗震试验,并进行了1根钢筋混凝土桥墩试件的对比试验,以验证部分钢管混凝土桥墩良好的抗震性能。研究内容包括：部分钢管混凝土桥墩的破坏机制,了解和验证这种新桥墩形式能否按照目标实现破坏,达到预期目的；研究了部分钢管混凝土桥墩的滞回耗能、延性、承载力、刚度退化以及强度退化等抗震性能,并与钢筋混凝土桥墩进行了对比；分析了轴压比、钢管和混凝土间粘结程度对其抗震性能的影响。　　论文最后对钢管混凝土墩柱和部分钢管混凝上墩柱的设计提出了一些建议,并对节点构造作了探讨；同时指出,钢管混凝土桥墩不是用来取代钢筋混凝土桥墩,但是,在某些情况下,特别是抗震区和城市内的桥梁设计中,钢管混凝土桥墩理应成为一种备择的结构形式。　　

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