【摘 要】
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与传统钢管混凝土桥墩埋入式和端承式柱脚相比,纵筋搭接锚固式柱脚采用锚筋代替钢管伸入基础以传递荷载,可减小施工难度,降低人工消耗,提高施工效率;同时,还可设置抗剪环箍或PBL剪力连接件改善锚筋传力性能;甚至可将锚筋直接焊于钢管内侧以直接传递竖向荷载。当钢管径厚比大于120时,可在钢管外设置CFRP限制钢管鼓曲;为提高柱脚区域承载力和刚度并防撞,可在钢管外设置外包钢筋混凝土层。目前国内外针对薄壁钢管混
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与传统钢管混凝土桥墩埋入式和端承式柱脚相比,纵筋搭接锚固式柱脚采用锚筋代替钢管伸入基础以传递荷载,可减小施工难度,降低人工消耗,提高施工效率;同时,还可设置抗剪环箍或PBL剪力连接件改善锚筋传力性能;甚至可将锚筋直接焊于钢管内侧以直接传递竖向荷载。当钢管径厚比大于120时,可在钢管外设置CFRP限制钢管鼓曲;为提高柱脚区域承载力和刚度并防撞,可在钢管外设置外包钢筋混凝土层。目前国内外针对薄壁钢管混凝土桥墩非埋入式柱脚的研究较少,设计方法仍不明确。因此,本文针对六类薄壁钢管混凝土桥墩柱脚的抗震性能和设计方法进行了研究,主要内容如下:（1）完成了3个搭接式柱脚、4个环箍式柱脚和一个埋入式柱脚的抗震性能试验研究,主要参数包括锚筋配筋率、是否设置环箍和轴压比。基于试验结果,分析了各参数对柱脚破坏模式、荷载-位移滞回/骨架曲线、承载力、延性、强度退化和刚度退化以及耗能性能的影响规律。试验结果表明,所有柱脚均发生压弯破坏,抗震性能优越;锚筋配筋率是承载力的主要影响因素;按截面承载力相等原则设计的纵筋搭接锚固式柱脚与埋入式柱脚抗震性能相当。（2）基于已有试验数据建立了有限元模型,模型计算结果与试验结果吻合良好,在此基础上进行了参数化分析。分析结果表明,锚筋屈服强度和配筋率、混凝土强度、长径比、轴压比、外包钢筋混凝土层厚度和高度以及外包钢筋混凝土层锚筋屈服强度和配筋率为柱脚承载力主要影响因素;长径比以及外包钢筋混凝土层厚度和高度为弹性刚度主要影响因素;混凝土强度、轴压比和外包钢筋混凝土层厚度对下降段刚度有较大影响。（3）对已有规范中截面承载力计算方法进行修正,提出了适用于搭接式柱脚、环箍式柱脚、PBL式柱脚、焊接式柱脚和外包式柱脚的截面承载力计算模型,模型计算结果与试验结果和有限元结果均吻合良好。考虑截面刚度变化提出了采用以上各类柱脚的薄壁钢管混凝土桥墩的弹性刚度理论计算模型,模型计算结果和有限元结果吻合良好。基于参数化分析结果对理论模型进一步简化,提出了弹性刚度简化计算模型。（4）提出了CFRP-薄壁钢管混凝土桥墩搭接式柱脚这一新型柱脚形式,并完成了6个CFRP-薄壁钢管混凝土桥墩搭接式柱脚和3个搭接式柱脚的抗震性能试验研究,主要参数包括CFRP层数和钢管径厚比。基于试验结果,分析了各参数对柱脚破坏模式、荷载-位移滞回/骨架曲线、承载力、延性、强度退化和刚度退化以及耗能性能的影响规律。试验结果表明,所有柱脚均发生压弯破坏,钢管径厚比大于120时,搭接式柱脚钢管因约束不足出现鼓曲,缠绕CFRP可有效限制钢管鼓曲;缠绕CFRP对柱脚承载力提高有限,但可改善变形能力;在锚筋按照截面承载力相等原则设计时,钢管径厚比是承载力的主要影响因素。（5）基于试验结果建立了有限元模型对CFRP-薄壁钢管混凝土桥墩搭接式柱脚进行模拟,模型计算结果与试验结果吻合良好,在此基础上进行了参数化分析。分析结果表明,锚筋屈服强度和配筋率、混凝土强度、长径比和轴压比为柱脚承载力的主要影响因素;长径比为弹性刚度主要影响因素;轴压比对下降段刚度有较大影响;缠绕CFRP可提高下降段刚度,但CFRP层数和缠绕高度对下降段刚度无明显影响。（6）基于已有截面承载力计算模型对CFRP-薄壁钢管混凝土桥墩搭接式柱脚的截面承载力进行验证,模型计算结果与试验结果和有限元结果均吻合良好。计算CFRP-薄壁钢管混凝土桥墩搭接式柱脚的弹性刚度时,可忽略CFRP对弹性刚度的贡献,采用与薄壁钢管混凝土桥墩搭接式柱脚弹性刚度相同的计算方法,计算结果和有限元结果吻合良好。
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