冷弯中厚壁矩形钢管自密实混凝土桥墩抗震性能研究

内设加劲肋的冷弯中厚壁矩形钢管自密实混凝土桥墩，是一种新型组合结构，具有承载力高、抗震性能好、加工简单、施工快捷等优点；合理设计组合柱内部加劲肋能达到优化设计塑性铰区域的目的。本项目采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法：研究冷弯中厚壁矩形钢管自密实混凝土柱强度计算方法，结合工程实例开展桥墩模型拟静力试验；揭示新型组合桥墩的抗震破坏机理，并运用基于位移的适应谱Pushover方法，分析加劲肋设置方式、截面形状系数、长细比以及混凝土强度等级等因素，对新型组合墩柱振型、频率、承载能力、变形能力、耗能能力、刚度、破坏形态、塑性铰区域优化设计等的影响；探讨实用的基于位移的新型组合桥墩抗震设计与分析方法。项目研究成果有利于推动冷弯中厚壁型钢结构及其钢管混凝土结构的理论发展，有利于推广此类新型组合墩柱在高架桥、互通式立交桥、高速公路桥以及人行桥等工程中的应用，具有重要的理论价值和现实意义。

纵向加劲的冷弯矩形钢管自密实混凝土柱式桥墩，是一种承载力高、抗震性能好、加工简单的新型组合结构。本项目运用试验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法，系统研究了内部纵向加劲肋、混凝土等对冷弯中厚壁方钢管混凝土短柱及柱式桥墩的受力性能的影响：(1)通过对一系列冷弯方钢管柱(10件)、冷弯方钢管混凝土短柱(30件)的承载力试验研究，得出了内部设置的加劲肋、混凝土掺量等对短柱极限承载力、截面强度、延性以及承载力破坏机理等的影响；提出了与试验相符的短柱承载力数值分析模型；同时，基于国内外现行相关规范，提出了适合中厚壁冷弯方钢管、方钢管混凝土组合截面强度计算的方法与建议；开展了冷弯方钢管混凝土短柱(8件)推出试验和数值模拟，初步研究了加劲肋布置方式对钢管和混凝土间粘结性能的影响。(2)结合某互通桥梁工程，首先实现了冷弯钢管混凝土组合柱式桥墩截面初步设计；然后通过数值模拟对比研究了新型组合桥墩和工程所采用的钢筋混凝土柱式桥墩受力性能，进行了组合桥墩截面优化分析，同时基于优化截面分析了内部加劲肋对桥墩静力性能的影响；最后初步评估了现行规计算方法以及组合桥墩的经济性。(3)结合理论分析和数值拟结论，主要研究了内部纵向加劲肋布置对凝土组合桥墩的基本抗震性能的影响，提出了此类组合桥墩抗震设计(塑性铰区域设计)方法的建议。上述研究成果有利于推动冷弯中厚壁型钢结构及其钢管混凝土结构的理论发展，有利于推广此类新型组合墩柱在高架桥、互通式立交桥、高速公路桥以及人行桥等工程中的应用，具有重要的理论价值和现实意义。