预制节段钢管混凝土自复位桥墩体系抗震性能研究

As the concrete-filled steel tube (CFT) columns behave well in ductility and energy-dissipation, and the external prestressing can provide self-centering capacity, a self-centering precast segmental CFT bridge pier system is proposed, which performs well in energy dissipation and self-centering. The proposed pier system can be used in high seismic regions and is suitable for prefabrication. The main research include: (1) proper construction details of precast segmental CFT bridge piers; (2) hysteretic behavior, failure mode, residual displacement and self-centering mechanism of prestressing segmental CFT bridge piers; (3) seismic response and post-earthquake function evaluation of bridges with prestressing segmental CFT piers; (4) seismic design of the proposed self-centering bridge based on the post-earthquake service function.

利用钢管混凝土柱延性性能好、耗能能力强以及体外预应力提供自复位能力，本项目提出发展适用于工场化预制、耗能性能好、具有震后自复位能力，适用于高烈度地区的预制节段钢管混凝土自复位桥墩体系，主要研究：（1）预应力节段钢管混凝土拼装桥墩的合理构造措施；（2）预应力节段钢管混凝土拼装桥墩的滞回耗能特性、破坏模式、残余位移与自复位机理；（3）预应力节段钢管混凝土桥墩桥梁结构地震反应特性和震后使用功能评价；（4）基于震后使用功能的自复位桥墩桥梁结构抗震设计理论与方法。

结合钢管混凝土柱与体外预应力技术，本项目提出和研究了适用于高烈度地区工厂化预制的节段钢管混凝土自复位桥墩体系。此桥墩体系具有高延性，强耗能和明显震后自复位的特点。主要研究工作和成果有：.（1）分析和总结了国内外体外预应力预制节段桥墩和钢管混凝土柱的构造形式，借鉴预应力混凝土自复位桥墩体系和钢管混凝土桥墩相关研究成果，提出了利用体外预应力提供恢复力，钢管约束混凝土提高桥墩延性、减小塑性区损伤的预制拼装体外预应力钢管混凝土桥墩体系，并研究其构造特点。.（2）考虑节段间不同接缝形式、墩身剪跨比、钢管壁厚和体外预应力筋配筋率等参数，设计和制作了6个预制拼装体外预应力钢管混凝土桥墩和2个对比墩（1个无粘结预应力混凝土墩和1个预应力钢管混凝土墩），共8个缩尺模型；采用拟静力试验结合数值模拟的方法对比研究了体外预应力预制节段钢管混凝土桥墩的延性能力、自复位性能、滞回耗能特性、破坏模式和破坏机理。.（3）建立了采用预应力预制节段钢管混凝土桥墩的典型桥梁精细化有限元模型，模型中考虑了桥墩材料和接缝开展闭合等非线性因素；利用实际记录的地震进行桥梁结构增量动力分析（即IDA方法），全面研究预应力预制节段钢管混凝土桥墩桥梁结构的地震反应特性、残余位移、损伤、破坏过程和破坏机理；并提出了预应力节段钢管混凝土桥墩桥梁结构震后使用功能的评价方法。.（4）研究了能表征预应力预制节段钢管混凝土桥墩自复位性能的指标，分析了此性能指标与桥墩残余位移的关系；并以震后快速恢复桥梁通行为目标，初步建立了震后可快速恢复使用功能的自复位桥梁结构抗震设计理论与方法。. 经过4年的工作，课题组照研究计划，完成了既定的研究任务，取得了预期的研究成果，发表学术论文12篇：(其中SCI期刊论文8篇，EI期刊论文2篇，国际国内重要会议论文1篇,1篇sci文章在线（见附件）)。