预制拼装混凝土桥墩抗震性能拟静力循环加载试验

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发布时间：2021-09-04

资料介绍

预制拼装混凝土桥墩抗震性能拟静力循环加载试验
布占宇，吴威业
(宁波大学建筑工程与环境学院，浙江宁波315211)
摘要：为了研究预制拼装桥墩与整体现浇桥墩抗震性能方面的差异，以常见城市高架桥为工程背
景，制作完成了3个缩尺比为1：3．5的试件模型，进行了整体现浇桥墩和无粘结预应力钢绞线预
制拼装桥墩拟静力循环加载试验。通过给墩顶施加强迫往复位移，从5个方面研究了预制拼装桥
墩与整体现浇桥墩抗震性能的差别，并对试验结果进行了纤维模型计算分析。结果表明：无粘结预
应力预制拼装混凝土桥墩混凝土破坏轻微，耗能能力较弱，残余位移小，适合低烈度地区；无粘结预
应力带耗能钢筋预制拼装混凝土桥墩墩底混凝土有明显压碎，耗能能力强，残余位移相对于钢筋混
凝土现浇桥墩较小，适合中高烈度地区。
关键词：预制拼装混凝土桥墩；拟静力；循环加载；抗震性能
中图分类号：TU311 文献标志码：A
Experiment on Seismic Behavior of Precast Segmental Concrete
Bridge Piers Under Quasi Static Cyclic Loading
BU Zhan—Yu，W U W ei—ye
(Faculty of Architectura1，Civi1 Engineering and Environment，Ningbo University，
Ningbo 315211，Zhejiang，China)
Abstract：In order to study the difference of seismic behavior of precast segm ental bridge piers
and integral cast in—situ bridge piers，three 1：3．5 scale specim ens were fabricated according to
the urban viaduct bridge practice． The integral cast in—situ and unbonded prestress precast
segmental bridge pier specimens were used for quasi static cyclic loading test． The seismic
behavior differences of precast segm ental bridge pier and integral cast in—situ bridge pier were
investigated in five aspects through imposing cyclic displacement on the colum n top． The test
results were also compared with fiber model calculation results． The results show that the
unbonded prestressing precast segmental concrete piers have m inor damage， lower energy
dissipation，little residual displacement，and are fitted for low earthquake intensity area． The
unbonded prestressing precast segmental concrete piers with energy dissipation bars show obvious
concrete crush，higher energy dissipation，relatively lower residual displacement com pared with
monolithic reinforced steel concrete piers，and are fitted for moderate to high earthquake intensity
area．
Key words：precast segmental concrete bridge pier；quasi static；cyclic loading；seismic behavior
收稿日期：2014 09 29
基金项目：国家自然科学基金项目(51208268)；国家山区公路工程技术研究中心开放基金项目(GSGZJ一2012—04)
近海冲击与安全工程浙江省重中之重学科开放基金项目(ZJ1224)；宁波大学科研项目(XYL12002)；
宁波大学学科建设项El(XKI 14D2070)
作者简介：布占字(1 977一)，男，山东聊城人，副教授，工学博士，E—mail：buzhanyu@nbu．edu．cn。
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第1期布占宇，等：预制拼装混凝土桥墩抗震性能拟静力循环加载试验 43
0 引言
目前桥梁施工中，由于施工工期或施工场地的
限制，希望在短时间内完工，并且尽量减少现场作业
工作量，现场浇筑施工很难满足这种需要，预制拼装
施工能适应这种需求，因而预制拼装结构的设计和
抗震研究越来越受到重视。从中国的桥梁工程预制
施工应用来看，预制拼装箱梁的技术相对成熟，而预
制拼装桥墩则处于发展阶段，并且从梁式桥抗震的
角度来看，地震作用下桥梁上部结构一般发生整体
刚体位移，较少发生破坏，桥墩则由于传递和承受地
震地面运动激励，因此是桥梁抗震设计的重点。
Hewes等进行了无粘结预应力预制拼装桥
墩拟静力试验，底部首节段外包钢管，研究了高宽
比、钢管厚度、预应力张拉应力等因素对抗震性能的
影响。Ou等进行了无粘结预应力带耗能钢筋预
制拼装桥墩拟静力试验研究，主要参数包括耗能钢
筋材料和耗能钢筋无粘结长度，研究发现，耗能钢筋
适当的无粘结长度能延缓钢筋的疲劳断裂。葛继
平通过试验研究了矩形截面预制拼装混凝土桥墩
的抗震性能，考虑的因素包括预应力筋的布置位置
和存在方式、附加耗能装置等。Bu等基于截面
弯矩一曲率分析，建立了预制拼装桥墩推倒分析的简
化计算方法，考虑了混凝土、钢筋、预应力筋非线性
特性以及耗能钢筋无粘结长度。Bu等I6。基于
OpenSees纤维模型进行了预制节段拼装桥墩中耗
能钢筋配筋率、预应力筋配筋率、预应力筋张拉控制
应力、恒载轴压比、剪跨比和预应力筋粘结情况等参
数分析，比较了推倒分析和规范的抗剪强度设计计
算公式的计算结果。Bu 研究了预制节段拼装桥
墩中部分耗能钢筋用等截面积碳纤维筋代替时的抗
震性能，结果表明，碳纤维筋能提高桥墩侧向承载
力，增大有效刚度，同时降低等效粘滞阻尼比和能量
耗散，时程分析结果表明，碳纤维筋能帮助桥墩在较
大地面运动强度地震作用下不致倒塌。Billington
等L9 开展了延性纤维加筋水泥基复合材料用于预制
节段拼装桥墩塑性铰区域的抗震性能拟静力试验，
结果表明，这种复合材料预制拼装桥墩与常规混凝
土预制拼装桥墩相比具有更多的能量耗散能力，并
且在反复拉压荷载作用下保持了较好的完整性。
欧美国家自20世纪60年代就开始了大量预制
拼装桥梁下部结构的工程应用，如1971年美国德克
萨斯Corpus Christi JFK堤道桥、北卡莱罗纳Linn
Cove高架桥、德克萨斯奥斯汀美国国家183号高速
公路桥、249号州高速公路休斯敦Louetta街桥、科
罗拉多Vail通道桥、1996年英国塞文二桥引桥、
1994年丹麦大贝尔特海峡大桥、丹麦一瑞典厄勒海
峡双层公路铁路两用桥等。中国节段拼装桥墩的使
用是从东海大桥开始，后来上海长江大桥、杭州湾跨
海大桥及舟山大陆连岛工程的金塘大桥也陆续大量
使用，以适应海上施工空间狭小、气候恶劣的施工条
件。根据初步设计方案，正在建设的港珠澳大桥也
将采用节段拼装桥墩。
预制拼装桥墩由于构件连接的需要，一般设置
部分或全预应力钢筋构造。本文通过3个缩尺比为
1：3．5的圆形截面现浇混凝土桥墩和无粘结预应
力预制拼装桥墩拟静力试验，比较现浇桥墩和预制
拼装桥墩的承载力、延性、耗能、损伤等抗震特性，为
此类桥墩的工程应用提供技术参考。
1 试验概况
1．1 试件简介
试验设计制作了3个圆形截面混凝土桥墩试
件，分别为钢筋混凝土现浇桥墩(试件1)、无粘结预
应力钢绞线预制拼装桥墩(试件2)、无粘结预应力
钢绞线带耗能钢筋预制拼装桥墩(试件3)。整体现
浇桥墩为在工地分步依次浇筑承台、墩身、盖梁形成
桥墩；预制拼装桥墩是在工地浇筑好承台、墩身和盖
梁等部件，运至实验室张拉钢绞线，然后穿耗能钢筋
灌浆拼装而成。桥墩试件由承台、墩身和盖梁组成，
承台尺寸均为1 500 mm×1 000 mm×600 mm，墩
柱截面直径均为350 mm，墩高1 600 mm，墩底距墩
顶加载点距离1 850 mm。现浇桥墩墩高范围内为
整体，预制拼装桥墩墩高分为4个预制节段S1，S2，
s3，s4，每个节段高400 mm，盖梁为500 mm×500
into×500 mm 的立方体，承台、墩身、盖梁均采用
C40混凝土。整体现浇桥墩纵筋采用10412HRB
335带肋普通钢筋，无粘结预应力预制拼装桥墩一
个采用3 12．7无粘结钢绞线，另一个采用3 12．7
无粘结钢绞线加6412HRB335粘结带肋普通钢筋
作为耗能钢筋，墩柱箍筋直径为6 mm，底部400
mm 范围内层距为50 mm，其余部分层距为8O mm，
3个试件的构造和设计参数分别如图1和表1所
示，其中P为荷载。
试验采用C40商品混凝土，钢绞线采用江阴华
新钢缆有限公司生产的 12．7预应力混凝土用钢
绞线，预应力钢绞线为无粘结，耗能钢筋灌浆采用杭
州泰正建材有限公司生产的CGM—T50标准型高强