圆钢管约束钢筋混凝土桥墩-RC盖梁结构抗震性能研究

With the deepening of China's urbanization and the implementation of the strategic planning of rural revitalization, the small/medium span bridges are in great demand. Reinforced concrete (RC) piers are the most widely used in small/medium span bridges, but they are inherently large and have low ductility. The concrete-filled steel tube (CFST) piers have excellent structural performance, but they are difficult to connect with foundation and cap beams. In view of the above problems, the tubed reinforced concrete pier-RC cap beam structure is proposed, where the pier column adopts thin-walled steel tube as external confinement to improve the bearing capacity and ductility of the core reinforced concrete. The steel tube does not insert into the foundation and the cap beam, effectively avoiding the complicated connection between the steel tube and the concrete member. In this project, the seismic behavior of circular tubed reinforced concrete short pier/high pier-RC cap beam frames are experimentally and theoretically investigated. The failure characteristics, plastic development and energy dissipation mechanism are studied. The model of short pier considering the end-constraint stiffness under the action of compression, bending and shear, and the stability model of high pier structure considering transverse beam support are proposed. A performance-based seismic design theory is established by obtaining the quantifiable performances under different seismic levels, and proposing the seismic calculation methods and construction measures.

随着我国城市化发展的推进与乡村振兴战略规划的实施，中小跨径桥梁的建设需求巨大。钢筋混凝土桥墩在中小跨径桥梁中应用最为广泛，但存在自重大、延性低等不足；钢管混凝土桥墩的结构性能优异，但与基础及盖梁连接困难，是困扰工程界的难题。针对以上问题，本项目提出钢管约束钢筋混凝土桥墩-RC盖梁结构，其墩柱采用薄壁钢管作为外部约束，从而改善核心钢筋混凝土的承载力与延性，且钢管无需插入基础和盖梁，可有效避免钢管与混凝土构件连接复杂的难题。本项目针对圆钢管约束钢筋混凝土矮墩/高墩-RC盖梁结构，开展试验研究与理论分析。探明地震作用下结构的损伤特征、塑性发展机制、失效模式及耗能机理，建立考虑端部约束刚度的矮墩压、弯、剪耦合受力模型和考虑横系梁支撑作用的高墩结构稳定承载力计算模型，构建不同抗震水准下可量化的结构性能指标，提出结构抗震计算、验算方法与构造措施建议，形成基于性能的抗震设计理论。

随着我国城市化发展的推进与乡村振兴战略规划的实施，中小跨径桥梁的建设需求巨大。钢筋混凝土桥墩在中小跨径桥梁中应用最为广泛，但存在自重大、延性低等不足；钢管混凝土桥墩的结构性能优异，但与基础及盖梁连接困难，是困扰工程界的难题。针对以上问题，本项目参考钢管约束混凝土结构的受力机理，提出组合墩柱与混凝土基础、预制混凝土盖梁和预制混凝土系梁的装配式节点方案，构建新型装配化钢-混凝土组合墩柱体系。项目采用试验研究和理论分析相结合的手段，对该新型桥墩体系及其关键装配式节点的抗震性能进行系列研究，取得以下主要成果：.（1）探明了外包约束钢筋混凝土组合墩脚的抗震性能。开展针对新型墩脚抗震能力的模型试验与有限元分析，揭示轴压比、外包区高度、外包钢类型和锚固钢筋配筋率等参数对墩脚破坏模式、极限承载力、耗能能力的影响规律，提出基于控制截面承载力的墩脚损伤控制方法。.（2）揭示了局部外包U形钢的预制RC系梁梁端节点的受力机理。开展往复加载工况下节点试件的试验研究与有限元分析，明确外包U形钢长度和剪力连接件形式对节点传力机制和破坏机理的影响规律，提出局部外包U形钢及其剪力件的设计建议。.（3）明确了新型装配化钢-混凝土组合墩柱体系的地震损伤破坏机制。设计完成4榀墩高3.5m、墩柱间距1.2m的缩尺钢管混凝土双柱墩体系模型试件的抗震性能试验，对比分析该新型桥墩体系变形特征、滞回响应、耗能能力、刚度退化和残余位移等性能，探明结构的塑性发展与破坏机制。.（4）提出了基于结构易损性分析的抗震设计方法。建立考虑墩柱塑性铰区混凝土受约束效应和钢材屈曲及断裂影响的新型组合墩柱-RC盖梁桥墩体系精细化有限元分析模型，有效预测结构破坏模式和滞回特性。利用动力增量分析（IDA）方法对参数化模型进行动力分析并得到易损性曲线。通过对不同损伤等级下的结构易损性进行评估，提出基于性能的抗震设计方法与建议。