无黏结预应力钢筋混凝土桥墩抗震性能研究

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1、铁道建筑2014年第1期RailwayEngineering21文章编号：1003—1995(2014)01—0021—03无黏结预应力钢筋混凝土桥墩抗震性能研究信坤，钟铁毅，韩东(北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044)摘要：本文利用有限元软件OpenSees对同济大学的一项试验低周反复荷载作用下的2根钢筋混凝土桥墩和2根无黏结预应力混凝土桥墩进行数值模拟，并与已有试验结果进行对比分析。结果表明：所建模型对普通桥墩和无黏结预应力混凝土桥墩的模拟效果均良好，采用初应力法能够合理模拟无黏结预应力钢筋的预加力和自复位能力；预应力束如果被放置在截面中心处主

2、要体现其提供轴压的作用，预应力束如果沿截面的边缘布置不仅能够体现其提供轴压的效果，还能更好地发挥其高弹性回复能力，墩柱的最大残余位移也会进一步减小。关键词：无黏结预应力纤维模型滞回分析残余位移中图分类号：U443．22文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2014．01．06为了增强桥梁的耐久性，减小桥墩在温度等因素1模型的建立与验证影响下的开裂程度，预应力技术越来越受到设计人员的关注。Zatar等采用部分预应力配筋的方式，对混本文采用桁架单元模拟无黏结预应力钢筋，并采凝土墩柱进行拟静力试验和拟动力试验研究，认为由用初应力法

3、施加预应力。于预应力筋提供竖向预压力和自复位能力，可有效减1．1试验资料少桥墩的残余位移，减少桥墩的裂缝宽度，同时增大桥为了验证本文所建模型的准确性，本文选用同济墩抗剪强度。Kwan和Billington。利用有限元分析大学已做的2组试验进行模拟，每组试验包含同尺寸方法，对无黏结预应力混凝土墩柱的滞回特性和动力的普通及无黏结预应力混凝土桥墩各一个。其中一组反应进行研究，推演了一系列使用状态和倒塌状态下桥墩编号为s1和s2，详细的墩柱参数见参考文献的位移能力准则。分析结果表明：由于采用后张法的[5]。另一组桥墩编号为RC1和UBPC1，详细的墩柱施工工艺，墩柱

4、的能量耗散能力下降，位移需求可增大参数见参考文献[6]。其中，s2和UBPC1为预应力20％～30％。王志强等利用有限元分析方法，证明桥墩。了在矩形墩的截面中心合理布置无黏结预应力钢绞1．2模拟结果与试验结果对比线，能够提高墩柱的抗震性能，并满足其正常使用状态4根桥墩的模拟和试验所得滞回曲线，在初始刚下的性能需求。度、捏拢程度以及卸载刚度方面，均比较吻合。图1为从已有研究可知，采用预应力技术，可以使墩柱的试件s2墩的滞回曲线。自复位能力得到提高，减小墩柱震后的残余位移。也根据滞回曲线绘制的骨架曲线如图2所示，由图可能因为能量耗散降低的缘故，将导致位移需求的增

5、加。因此，无黏结预应力束的存在，能否使桥墩达到期望的力学性能，并维持较低的残余变形，仍值得进一步研究。本文结合同济大学的试验结果，基于有限元软件OpenSees，建立并验证普通及无黏结预应力混凝土桥墩数值分析模型，进一步分析无黏结预应力束的有无及布置方式对钢筋混凝土桥墩抗震性能的影响。收稿日期：2013—06—19；修回日期：2013-10—11作者简介：信坤(1988一)，男，河北廊坊人，硕士研究生。图1试件s2墩模拟与试验滞回曲线对比22铁道建筑2可以看出，模拟和试验所得骨架曲线，在弹性段、屈服强化段以及软化段均吻合较好。对于破坏阶段，由于数值模拟时，未

6、考虑混凝土急剧开裂所造成的强度退至化，所以，此部分的模拟结果和试验结果有一定的误差。榔骨架曲线特征值如表1所示，从表1的数据可以椽看出，4根桥墩的试验结果和模拟结果对比中，屈服荷载、峰值荷载和最终荷载均较吻合。为了和4个桥墩的试验加载方法保持一致，对于S1和S2，定义试件的强度下降到最大强度的85％为最终破坏；对于RC1和图2试件s2墩模拟与试验骨架曲线对比UBPC1，定义试件的强度下降到最大强度的80％为最终破坏。最终破坏对应的变形为极限变形。表1骨架曲线特征值对比残余位移是指当荷载卸载到零时的侧向位移，相本文在已建立的有限元模型基础上，添加3种工况：应的

7、最大残余位移为当侧向位移达到极限位移后，卸①桥墩UBPC2，②桥墩s3和③桥墩RC2。载至零时对应的永久侧移。如果桥墩的震后残余位移将s1，UBPC2和s3三个桥墩进行对比分析，其设比较小，不但有利于震后的继续运营，而且有利于震后计参数见表3，骨架曲线对比结果如图3。构件的修复，所以残余变形指标非常重要。为了探究表3S1，UBPC2和s3桥墩的设计参数该模型是否能够较好地反映桥墩的残余变形指标，本文计算了各桥墩的最大残余位移，并与试验结果对比，如表2所示。从表2的数据可以看出，模拟结果和试验结果比较吻合。表2最大残余位移对比至辚棹4个桥墩的试验结果与模拟结果

8、的对比表明，本文的有限元模型能够很好地模拟低周反复荷