部分内填混凝土钢箱形截面桥墩的延性影响因素.pdf免费

第十届全I司现代结构T挥学术研讨会 部分内填混凝土钢箱形截面桥墩的 延性影响因素 王跃东，高圣彬 (上海交通大学土木工程系，上海200240) 提要： 本文采用三维弹塑性有限元分析方法预测部分内填混凝土钢箱形截面桥墩的极限承载力和延性性能．对影响钢桥 墩延性性能的各种因素(比如：翼缘宽厚比参数、桥墩长细比参数、混凝土填充率等)进行参数研究。研究结果 表明，随着翼缘宽厚比参数、桥墩长细比参数的增大，钢桥墩的延性性能逐步降低。当混凝土填充率由30％提高 到50％时，钢桥墩的延性性能得到显著提高。 关键词： 部分内填混凝土钢桥墩，延性性能，混凝土填充率 一、引言 钢桥墩具有轻质、占地面积小、施工工期短等优点，已经在日本、美国、德国等国家得到了广泛应用。 为了提高钢桥墩的延性性能，在钢桥墩中填充部分混凝土是一种行之有效的方法。在钢桥墩中填充部分混 凝土后，既可以提高桥墩的抗车辆撞击能力，又可以提高其抗侧向水平地震力。由于该类桥墩主要用于承 受水平荷载，仅在弯矩较大的桥墩根部附近填充混凝土符合力学要求¨i“。 在我国的城市高架桥和立交桥建设中，迄今为止普遍采用钢筋混凝土桥墩。但随着我国钢材产量的持 续增加以及对桥墩抗震性能的要求不断提高，采用钢桥墩以及混凝土部分填充钢桥墩的需求将会显著增加， 而这方面的研究在国内开展得比较少，因此进行混凝土部分填充铡桥墩的延性性能研究显得非常迫切。Ge 和Usami皑‘3’、吕西林|4。等对水平反复荷载作用下混凝土部分填充方钢管柱的抗震性能进行了试验研究，指 出钢管翼缘的宽厚比、混凝土填充高度对钢桥墩的延性有显著影响。文献旧’采用三维宅间模型对混凝土部 分填充钢桥墩进行了仿真分析，但分析中假定钢板与混凝土完全共同作用，这并不能真实反映实验中观察 到的钢板出现局部屈曲、以及钢板与混凝土发生剥离等现象。本文采用三维弹塑性有限元分析方法预测部 分内填混凝土钢箱形截面桥墩的极限承载力和延性性能，对影响钢桥墩延性性能的各种因素进行分析研 究。所考虑的主要因素包括翼缘宽厚比参数、桥墩长细比参数以及混凝土填充率等。在分析过程中，采用 非线性接触面单元考虑钢板和混凝土界面的剥离、滑移特性。 二、分析方法 +(一)分析模型 本文分析对象为如图l所示的单柱式T型钢桥墩，上部结构重量作用于桥墩顶部中心。钢桥墩的翼缘 板宽厚比、柱长细比、混凝土填充率是影响钢桥墩极限承载力与延性的主要因素。翼缘板宽厚比参数母 的表达式表示如下m1： 吩=鱼t1f匦4X2序 基金项目：上海市科学技术委员会浦江人才计划(08PJl406400)，教育部留学回国人员基金 工业建筑2010增刊 1323 第十届全国现代结构I程学术研讨会 担缘板 。，：b 意 舀 b laj钢桥墩 怕)横截面 图1韶分内填混凝土铜桥墩 囱2钢桥墩的分析模型 上式中．6为翼缘板宽度，f为板厚，田为钢材的屈服强度，E为弹性模量，v为泊松比。枉细长比参数的 表达式如下。 拈了2hiI摆or (2) 土填充高度为钢桥墩高度的30％和50％进行计算。施加的}部结构传米的轴力设置为钢箱形截面屈服荷载 的20％。加载方式为在施加上部结构传米的竖向轴力后，在水平方向施加渐增荷载。 本文首先以文献Pl中的钢桥墩试件UC75．27．30为分析对象，研究混凝土填充率对钢桥墩变形模卷和延 性的影响。为研究翼缘板宽厚比参数及桥墩长细比参数对翱桥墩的延性影响，本文对如表l所小的具有不 同宽厚比和桥墩长细比参数的试