组合梁桥墩柱采用SFRC塑性铰的抗震设计方法研究

对于组合梁桥空心薄壁截面高墩而言，地震下墩柱塑性铰的形成机制及分布规律受地震动特性影响较大，现有的研究成果和设计规范尚不能保证其抗震安全性。钢纤混凝土(SFRC)具有良好的延性和耗能能力，已有的研究表明构件局部采用SFRC可以显著提高结构的承载能力和抗震性能。本课题针对几类典型的组合梁桥，研究墩柱塑性铰采用SFRC的抗震设计方法，主要研究内容为：（1）发展适合构件局部增强、增韧的SFRC；（2）研究能够考虑高阶振型影响的推倒分析方法；（3）研究地震下高墩塑性铰产生机制与地震动特性的关系；（4）研究适用于薄壁高墩结构抗震设计的性能指标体系；（5）拟静力试验研究薄壁高墩结构钢筋-钢纤维混凝土塑性铰的抗震性能；（6）推倒分析研究薄壁高墩结构潜在塑性铰处采用SFRC对其抗震能力的提高效果。总之，本课题通过采用SFRC对墩柱潜在塑性铰部位的调整、加强、提高，达到提高组合梁桥结构整体抗震能力的目的。

基于桥梁结构高桩承台体系的实例分析，探讨了结构抗震性能评估的合理推倒分析方法。通过对钢纤维混凝土桥墩拟静力推倒试验确定适用于桥梁墩柱延性抗震的钢纤维混凝土的合理配合比、箍筋用量和局部采用钢纤维混凝土区高度等参量。并且，建立考虑钢纤维材料影响以及粘结－滑移效应的钢纤维混凝土桥墩的非线性数值计算模型，并将非线性分析结果与试验结果进行对比。结果表明：利用时域分析—解耦的时间历程分析法计算得到的广义推倒分析参数进行广义推倒分析，可以获得与精确的动力增量分析相接近的结果；钢纤维体积率为1.0%的桥墩试件较其他体积率的试件承载力更大，滞回曲线相对更加饱满，延性性能更好；钢纤维可以代替部分箍筋作用，在较低配箍率下保持良好的抗震能力；桥梁墩柱塑性铰的形成机制以及等效塑性铰长度的确定方法；钢纤维混凝土对提高薄壁空心墩柱抗震能力的可行性。总之，本课题通过在桥梁墩柱潜在塑性铰区采用钢纤维混凝土并进行合理的组合和设计，达到减少潜在塑性铰区箍筋用量和提高桥梁结构整体抗震能力的目的。