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原文传递预制拼装桥墩抗冲击性能及设计方法研究

论文题名：	预制拼装桥墩抗冲击性能及设计方法研究
关键词：	城市跨线桥;预制拼装桥墩;抗冲击性能;有限元参数分析
摘要：	城市跨线桥墩受到车辆撞击极有可能引发严重后果，预制拼装桥墩在车辆撞击下的动力响应和破坏特征研究具有重要意义，本文以冲击荷载作用下提高预制拼装桥墩抗冲击性能为主要目标，通过摆锤冲击试验和有限元参数分析的方式进行系统研究，主要研究内容及结论如下：　　（1）不同连接形式桥墩模型在累次冲击作用下的动力响应分析。对5种构造类型的桥墩进行摆锤冲击试验，分别为：普通混凝土桥墩，干接缝桥墩，承插式桥墩，UHPC节段拼装桥墩与带耗能钢筋桥墩。结果表明：在冲击作用后，各试件剪切裂缝均以冲击点为中心呈放射状分布，剪切裂缝可分为I型和Ⅱ型，普通混凝土桥墩、UHPC节段拼装桥墩、干接缝桥墩剪切裂缝主要为Ⅰ类裂缝，承插式桥墩与带耗能钢筋桥墩剪切裂缝主要为Ⅱ类裂缝；对于预制拼装桥墩，连接部位均出现严重的损伤破坏，承插式桥墩UHPC填缝开裂导致整体刚度退化，UHPC节段拼装桥墩墩底UHPC段底部四角混凝土破损，干接缝桥墩承台面出现由立柱四角向承台四角沿生的剪切裂缝。　　（2）UHPC节段拼装桥墩抗撞性能优化分析。以UHPC立方体块抗压强度试验和摆锤试验为参照，得到UHPC本构模型，并建立正确的有限元模型进行桥墩抗撞性能优化分析。结果表明：混凝土连续面盖帽模型（Continuous Surface Cap Model，下面简称：CSCM）可较好的对静态与动态下的UHPC材料进行力学分析；UHPC节段拼装桥墩轴压比提升可提高桥墩整体刚度，在冲击下产生的斜剪裂缝发展也有所抑制，有效长度leff明显减小，但并未随着轴压比的继续提高而进一步减小；墩底UHPC段长度的变化会对桥墩抗冲击性能产生影响，在墩底UHPC段占立柱总长1/5-3/8时抗冲击性能最优异；UHPC与混凝土结合面采用“凹”字形过渡段构造形式能有效减小节段间的相对滑移，并发挥UHPC材料的耗能特性，提高桥墩整体的防撞性能。　　（3）基于易损性设计方法对桥墩抗冲击性能分析。以受冲击作用后的剩余承载能力为抗冲击性能指标，结合非线性有限元分析和响应面方法，建立UHPC节段拼装桥墩与普通混凝土桥墩的承载能力多元非线性回归模型，对冲击后的桥墩进行易损性分析。结果表明：响应面模型对计算UHPC节段拼装桥墩与普通混凝土桥墩的初始承载力与剩余承载力具有较高的精度；UHPC节段拼装桥墩比普通混凝土桥墩具有更强的抗冲击性能。　　（4）车辆撞击下UHPC节段拼装桥墩与UHPC套筒桥墩耐撞性能分析。以实际货车撞击桥墩事故为研究对象，设计UHPC节段和UHPC套筒两种构造，进行参数优化分析，结合货物撞击处侧向位移、受撞击柱整体侧向位移变形、桥墩损伤云图和内力包络图等动力响应数据确定最优构造。结果表明：在重型货车空车撞击下，UHPC套筒桥墩耐撞性能提升明显优于UHPC墩底节段拼装桥墩；在重型货车装有货物撞击下，UHPC墩底节段拼装桥墩耐撞性能提升明显优于UHPC套筒桥墩。
作者：	冯泽牛
专业：	建筑与土木工程
导师：	王银辉;高燕梅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022