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原文传递高烈度区装配式钢管混凝土桥墩抗震性能分析

论文题名：	高烈度区装配式钢管混凝土桥墩抗震性能分析
关键词：	装配式钢管混凝土桥墩;自振特性;时程分析;抗震性能;高烈度区
摘要：	装配式桥墩具有施工迅速、节能环保等优点，而装配式钢管混凝土桥墩则具有良好的抗弯、抗压和抗剪性能，装配式钢管混凝土桥墩集装配式桥墩与钢管混凝土桥墩优势于一身，是未来桥梁工程建设发展的主要方向。现由于对装配式钢管混凝土桥墩在高烈度区的抗震性能研究较少，无法准确评估其地震安全性，限制了其在高烈度区的应用。本文依托云南某连续梁桥工程，通过有限元软件进行自振特性分析及动力时程分析，就装配式钢管混凝土桥墩在高烈度区的抗震性能展开研究，为高烈度区的桥梁结构设计工作提供一定的参考作用。本文的主要研究内容与结论如下：　　（1）考虑到装配式钢管混凝土结构力学性能的特殊性，本文以云南某连续梁桥为背景，提出将其钢筋混凝土桥墩替换成装配式钢管混凝土桥墩进行研究。通过有限元软件MIDAS CIVIL建立装配式钢管混凝土桥墩连续梁桥以及钢筋混凝土桥墩连续梁桥的计算模型，首先采用多重Ritz向量法分别对钢筋混凝土桥墩连续梁桥以及装配式钢管混凝土桥墩连续梁桥进行自振特性分析，得到钢筋混凝土桥墩连续梁桥以及装配式钢管混凝土桥墩连续梁桥前六阶振型，可知装配式钢管混凝土桥墩连续梁桥的自振频率均大于钢筋混凝土桥墩连续梁桥的自振频率，整体刚度更大。　　（2）通过有限元软件MIDAS CIVIL对钢筋混凝土桥墩连续梁桥以及装配式钢管混凝土桥墩连续梁桥进行时程分析，得到不同地震波下的两种桥墩的轴力和弯矩。并通过XTRACT软件分别构建钢筋混凝土桥墩和装配式钢管混凝土桥墩的纤维模型，得到两种桥墩在最不利状态下的屈服弯矩。将钢筋混凝土桥墩以及装配式钢管混凝土桥墩通过时程分析所得到的最不利状态下的弯矩与用XTRACT软件所得到的屈服弯矩进行比较，可以看出钢筋混凝土桥墩以及装配式钢管混凝土桥墩在不同地震作用下均处于弹性状态，但装配式钢管混凝土桥墩在高烈度区的抗震性能明显优于钢筋混凝土桥墩。综合结构的安全性与经济性，后续对于装配式钢管混凝土桥墩结构及相关设计参数的优化具有极大的现实意义。　　（3）为解决非线性问题，采用有限元软件ABAQUS建立装配式钢管混凝土桥墩的有限元模型并进行数值分析。为了验证数值模拟的可靠性，先对ABAQUS全桥模型的模态进行验证，并与连续梁桥的MIDAS模型进行对比，根据实际施加边界条件，提取了全桥前六阶的振型，再将其与ABAQUS模型得到的振型作比对，结果表明两模型动力特性一致，从而进一步验证了ABAQUS有限元模型在一些参数取值和边界设置上是可靠的。下一步，通过对装配式钢管混凝土桥墩增设承台、铆钉以及环板先进行结构上的优化，进而研究桥墩空心率、径厚比、长细比、钢管混凝土材料强度等设计参数对装配式钢管混凝土桥墩抗震性能的影响，综合桥梁建设的安全性和经济性，提出本桥中装配式钢管混凝土桥墩在设计过程中对于结构的优化建议，为以后高烈度区装配式钢管混凝土桥墩的设计提供一定的参考价值。
作者：	赵安和
专业：	土木水利
导师：	耿波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023