高强钢筋高性能自密实混凝土桥墩抗震性能研究

Starting from the point of view of the development of a national strategy and construction of bridge piers, it is an inevitable trend of future development using high-strength steel and high-performance self-compacting concrete in the pier, reducing the steel quantity, improving reinforced arranged and the quality of the concrete pouring, reducing labor, to facilitate the construction of green. With high-strength reinforced high-performance self-compacting concrete piers in highly seismic risk zones, one key technical problem that we are facing up is the seismic performance of this type of bridge piers, and becomes an urgent need to research seismic performance of such piers. The following researches have been carried out: 1) Quasi-static and shaking table tests of single column and framework pier will be carried out. The solid section and hollow section piers, traditional stirrup and different composite stirrup form of plastic hinge zone of pier, hysteretic characteristics, ductile deformation, energy dissipation and failure modes of piers were investigated. 2) The theory analytical models and calculation methods of pier seismic performance considering the effect of bond-slip of rebar were developed. Through the numerical analysis, Influence factors of seismic performance of high-strength reinforced self-compacting concrete piers were carried out. The research results were the reliable technical supports and the theoretical basis of this type pier applications in the area of high seismic risk areas.

从国家战略发展角度以及桥墩建造出发，在桥墩中采用高强钢筋并配合新型高强、高性能自密实混凝土的使用是将来发展的必然趋势，可减少钢筋用量、改善钢筋布置的密集程度，增强混凝土的可浇筑性，从而降低劳动力成本、提高混凝土浇筑质量，实现便利的绿色施工。随着高强钢筋高性能自密实混凝土桥墩在高地震危险区域的应用，抗震性能如何成为阻碍这类桥墩应用的一个迫切需要解决的研究课题。本项目拟开展：1）桥墩的拟静力和振动台试验，研究单柱和框架墩、实心截面墩和空心截面墩、塑性铰区传统配箍形式和复合配箍形式等不同构造方式下该类桥墩的滞回特性、延性变形、耗能特性和破坏模式等；2）建立正确的考虑钢筋与混凝土粘结滑移的桥墩抗震性能理论数值分析模型和计算方法，并开展高强钢筋高性能自密实混凝土桥墩影响因素的数值分析研究。为其在高地震危险区域的工程应用提供可靠的技术支持、理论基础和试验研究资料。

伴随当今建筑材料发展及我国钢铁产业调整，推进高强钢筋高性能混凝土于桥梁中应用是必然趋势。然而目前缺乏对配置HRB400MPa及以上等级高强钢筋高性能混凝土桥墩抗震性能及在强震区桥梁上应用等研究，本项目针对采用高强钢筋、高性能混凝土（包括自密实混凝土）的混凝土桥墩开展研究，主要研究内容有：①高强钢筋、高性能自密实混凝土粘结锚固性能试验研究；②针对不同构造形式的高强钢筋高性能混凝土（包括自密实混凝土）单柱墩及框架墩的拟静力试验，以及受水平双向往复荷载作用的单柱墩拟静力试验；③高强钢筋高性能混凝土单跨桥梁的振动台试验；④基于粘结锚固试验及拟静力试验，建立考虑钢筋与混凝土粘结滑移的数值分析模型，研究高强钢筋高性能自密实混凝土桥墩的抗震性能。主要成果有：①由高强钢筋和自密实混凝土的粘结锚固试验表明，钢筋与自密实混凝土的粘结性能受锚固长度、保护层厚度及配箍率等影响，且往复拉压加载会降低钢筋的极限锚固强度；②由高强钢筋自密实混凝土单柱墩的拟静力试验表明，未经振捣的自密实混凝土单柱墩的抗震性能弱于普通振捣混凝土桥墩，建议混凝土施工中采用微振捣措施，以高强钢筋减少纵筋配筋率的桥墩也具有较好的延性和耗能能力。水平双向加载对单柱墩的初始刚度影响不大，却使结构最大承载力下降约30%。采用高强钢筋混凝土的预制拼装桥墩抗震性能不同于整体现浇桥墩；③高强钢筋高性能混凝土单跨桥梁的振动台试验表明，单柱墩发生弯曲破坏且具有较好的延性，但滞回曲线与拟静力试验相比偏瘦扁；④基于OpenSees的纤维单元理论，采用墩底附加零长度截面单元来考虑钢筋滑移而建立的数值分析模型可以反映试验试件的刚度退化、强度退化等行为，分析表明，混凝土和钢筋滑移的本构参数对桥墩的抗震性能有一定影响。通过本项目的试验和数值分析研究，初步掌握了高强钢筋高性能混凝土（包括自密实混凝土）桥墩的抗震性能及影响因素，为该类型桥墩在我国高地震危险地区的应用提供了一定的技术积累。