CFST柱-波纹钢板组合高墩抗震性能研究

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桥梁作为基础交通建设的重要组成部分之一,是连接城市和乡镇的重要交通枢纽,对促进国家和地区的经济发展有着至关重要的作用。本文基于单墩多柱的抗震理念,借鉴房建工程中剪力墙结构,提出CFST柱-波纹钢板组合高墩。该高墩以CFST柱替换钢筋混凝土柱,波纹钢板替换钢筋混凝土板。对CFST柱-波纹钢板组合结构和CSFT柱-波纹钢板组合高墩分别进行拟静力模拟和非线性时程分析,具体工作如下:1)采用本文的材料本构模型,建立已有试验数据的CFST柱和波纹钢板框架剪力墙有限元模型,将模拟结果和试验结果进行对比,结果表明:本文采用的材料本构模型能够很好的模拟CFST柱和波纹板框架剪力墙的破坏位置和受力性能,验证了波纹钢板框架剪力墙模拟的准确性。2)建立4组CFST柱-波纹钢板组合结构,对波纹板的波向和板厚进行分析,研究发现:板厚增加,结构的承载力提高,结构延性以及初始刚度增大,但对结构的刚度退化不利。横向板的耗能能力更好,延性是竖向板的2.1倍,且横向板的刚度退化缓慢。3)对CFST柱-波纹钢板组合结构的破坏机理进行研究,结果表明:结构中钢管、横梁以及波纹板的屈服顺序为:波纹板-柱脚-中横梁-上横梁;横向波纹板结构在位移加载中会出现柱脚向内弯曲的情况,导致横波结构的上波纹板在位移加载末期依旧有较多的弹性储备;波纹板厚度增加会导致中横梁在位移较大时发生向内弯曲;中横梁较上横梁更早进入塑性,对于横梁而言,腹板处的应力发展早于翼缘位置;CFST柱底部混凝土首先被压碎,最终柱顶混凝土也被破坏,但横波结构的混凝土在中横梁位置处也发生破坏。4)以波高、波距、混凝土强度以及套箍系数4组参数对CFST柱-波纹钢板组合结构进行参数分析,研究结果表明:波高、波距、以及套箍系数对结构的力学性能影响较大,混凝土强度影响较小。5)建立CFST柱-波纹钢板组合高墩,对高墩进行自振特性和非线性时程分析,同时对比在全桥模型中,不同套箍系数对结构地震响应的影响,结果表明:高墩的一阶自振周期为1.50s,套箍系数为0.67时,多遇地震下墩顶横桥向和顺桥下位移分别为18.3mm和11.4mm;罕遇地震下,墩顶横桥向和顺桥下位移分别为154.7mm和87.0mm。
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