【摘要】：鋼筋混凝土空心橋墩因其重量小,截面慣性矩大等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于各類橋梁的墩柱和橋塔,尤其適用于大型橋梁。目前橋墩遭受船舶、車輛等側(cè)向荷載撞擊災(zāi)害的概率越來越大,而空心橋墩的抗沖擊機(jī)理尚不明確。因此,本文系統(tǒng)開展了具有不同空心率的鋼筋混凝土橋墩側(cè)向沖擊試驗(yàn)研究、理論分析以及數(shù)值模擬工作,主要取得了如下成果：(1)論述了鋼筋混凝土空心橋墩的應(yīng)用概況,并對其研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹；總結(jié)分析了鋼筋混凝土橋墩側(cè)向荷載作用機(jī)理等相關(guān)研究進(jìn)展與結(jié)論,并總結(jié)了亟待研究的問題。(2)通過對15根三種不同截面空心率構(gòu)件的側(cè)向靜態(tài)加載試驗(yàn)與沖擊試驗(yàn),研究了構(gòu)件的靜態(tài)承載性能與動(dòng)態(tài)沖擊響應(yīng),觀測了不同空心率構(gòu)件的試驗(yàn)破壞形態(tài)；試驗(yàn)中的關(guān)鍵變化參數(shù)包括：空心率、縱向主筋的配筋率、落錘質(zhì)量和沖擊高度。試驗(yàn)結(jié)果表明：實(shí)心構(gòu)件在靜力與沖擊試驗(yàn)中均表現(xiàn)整體破壞,空心率為0.4的構(gòu)件在靜力與沖擊試驗(yàn)中均表現(xiàn)出整體彎剪破壞和加載區(qū)混凝土的局部損傷,空心率為0.6的構(gòu)件則均為構(gòu)件加載區(qū)域的局部破壞。(3)側(cè)向沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著沖擊高度的增加,撞擊力峰值不斷增加,跨中位移逐漸增大；當(dāng)落錘質(zhì)量增大,跨中位移也隨之增大,且錘體質(zhì)量的變化會(huì)顯著影響構(gòu)件的破壞模式；當(dāng)縱向鋼筋配筋率增大時(shí),構(gòu)件剛度增加,沖擊力峰值隨之增加,而跨中位移隨之減��；同時(shí),配筋率的變化也會(huì)影響側(cè)向沖擊下構(gòu)件的破壞形態(tài)；當(dāng)撞擊能量相同時(shí),產(chǎn)生的撞擊力峰值較為接近。(4)從理論上推導(dǎo)了混凝土空心截面墩柱在靜力荷載作用下的理論模型,并與試驗(yàn)結(jié)果相對比,驗(yàn)證了該模型的合理性；通過理論分析,基于鋼筋混凝土空心截面構(gòu)件在側(cè)向沖擊荷載作用下彈性與塑性兩階段分析方法,建立了構(gòu)件的側(cè)向撓度理論計(jì)算公式。(5)應(yīng)用ANSYS/LS-DYNA軟件對各試驗(yàn)工況進(jìn)行了精細(xì)化非線性數(shù)值模擬。采用混凝土彈塑性帽蓋損傷模型模擬出沖擊荷載作用下混凝土的開裂與損傷狀況,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)及理論值具有較好的一致性。
[Abstract]:The reinforced concrete hollow pier has been widely used in various kinds of bridge piers and towers, especially in large bridges, because of its small weight and large moment of inertia. At present, the probability of the pier being hit by ships and vehicles is increasing, but the anti-impact mechanism of hollow piers is not clear. Therefore, in this paper, the lateral impact test, theoretical analysis and numerical simulation of reinforced concrete pier with different hollow ratios are carried out systematically. The main achievements are as follows: (1) the application of reinforced concrete hollow pier is discussed. It also introduces the research status quo, summarizes and analyzes the mechanism of lateral load of reinforced concrete bridge pier and other related research progress and conclusions. The problems that need to be studied are summarized. (2) the static load-bearing performance and dynamic impact response of 15 hollow heart rate members with different cross-sections are studied by lateral static loading test and impact test. The experimental failure patterns of different hollow heart rate components were observed and the key parameters in the test included hollow ratio, reinforcement ratio of longitudinal main tendons, weight of drop weight and impact height. The experimental results show that the whole failure of the solid members is shown in both static and impact tests, and that in the static and impact tests, the whole bending shear failure and the local damage of concrete in the loading zone are shown in the hollow ratio 0.4 members. (3) the results of lateral impact test show that the peak value of impact force increases with the increase of impact height, and the mid-span displacement increases gradually, and the mass of drop hammer increases with the increase of impact height. With the increase of longitudinal reinforcement ratio, the stiffness of the member increases, the peak impact force increases, and the displacement decreases. When the impact energy is the same, the peak value of impact force is close. (4) the theoretical model of concrete hollow section pier column under static load is deduced theoretically. The rationality of the model is verified by comparing with the experimental results, based on the elastic and plastic two-stage analysis method of reinforced concrete hollow section members under lateral impact load. The theoretical formula of lateral deflection is established. (5) the detailed nonlinear numerical simulation of each test condition is carried out by using ANSYS / LS-DYNA software. The damage model of concrete elastoplastic cap is used to simulate the cracking and damage of concrete under impact load. The numerical simulation results are in good agreement with the experimental and theoretical values.
【學(xué)位授予單位】：南京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U441;U443.22

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本文編號：2131691