钢桥墩中混凝土合理填充高度分析

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发布时间：2021-09-13

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钢桥墩中混凝土合理填充高度分析
曾耀
(同济大学土木工程学院。上海200092 J
【摘要】本文利用非线性有限元分析平台OpenSees建立了十种不同混凝土填充高度的钢桥墩试件纤维模
型，并进行数值分析。计算结果表明在不同轴压比下，试件模型均有相对应的混凝土合理填充高度。在实际结构
设计的轴压比范围内，混凝土填充0．3—0．5倍的桥墩高度是合适的。
【关键词】钢桥墩；填充混凝55；OpenSees；纤维模型
【中图分类号】TU398 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2011)07—0028—03
STUDY oN THE CoNCRETE FⅡ LED I玎ⅡGHT OF STEEL PⅡ Rs
ZENG Yao
(School of Civil Engineering，Tongji Univ．，Shanghai 200092，China)
Abstract：In this paper，10 fiber models of steel piers with diferent concrete filled height were
modeled and calculated using the nonlinear finite element analysis program OpenSees．The results show
that each of the specimens with different axial·-load ratios has its reasonable concrete filled height corre--
spondingly．Within the practical design axial load ratio range，the reasonable concrete filled height is a—
bout 0．3 to 0．5 times of the pier height．
Key words：steel pier；filled concrete；OpenSees；fiber model
桥梁工程中，钢桥墩较多的应用于城市桥梁，为了减小
汽车撞击对钢桥墩基部的损伤，往往在钢桥墩中填入混凝
土，这种方法不仅能提高桥墩的抗冲击性能，而且也可形成
部分组合截面，从而提高桥墩结构的整体性能 J。但如果
在钢桥墩中填充了过多的混凝土也往往会给地基基础带来
不利影响，因此钢桥墩中一般只填充一定高度的混凝土。
当混凝土填充到某一高度时，其受力性能与混凝土完全填
充时基本相同，这一高度被定义为混凝土合理填充高度。
本文基于加州大学伯克利分校开发的有限元软件
OpenSees，即Open System for Earthquake Engineering Simula—
tion 】
，对填充不同高度混凝土的钢桥墩模型试件进行数值
分析以确定其混凝土合理填充高度。
1 模型试件
分析对象为正在设计选型的某试验模型，试件横截面为
360mm×360ram的正方形截面(图1)，钢板厚4mm，试件高
1900mm。为研究混凝土填充高度对试件性能的影响，将试件
沿高度方向分为10等分，每等分高190ram。分析的试件混凝
土填充高度从0．1倍试件高到整个试件完全填充，增量为0．1
倍试件高度，共10个试件，试件示意图如图2所示。
2 有限元分析
2．1 纤维模型
纤维模型是将构建截面划分成很多小纤维，每一根纤
维只考虑其轴向行为，且每个纤维均可以赋予不同的材料
属性。只要知道构件的弯曲应变和轴向应变就可以得到横
[口虽
图1试件截面(单位：mil1)
羹日⋯圜
截面上每一根纤维的应变，从而通过非线性迭代计算出截
面刚度和截面内力。试件中每块钢板截面在长度方向上划
分为2O个纤维，厚度方向上划分为2根纤维。为保持一致
性，内填混凝土划分为20×20个纤维。
2．2 材料本构
OpenSees程序中提供了多种单轴和多轴受力的材料本
构模型供不同研究者选用。文中为满足纤维模型的分析假
定，采用单轴材料的本构关系，对试件进行模拟分析。
2．2．1 混凝土本构模型