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拟静力模型试验现象:铁路混凝土桥梁抗震设计理论研究

时间:2023-09-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:图4.3-10水平位移荷载174 mm下SA-3墩身正反面裂缝分布位移203 mm第1次加载时,正面和反面塑性区域均出现了大面积的混凝土压溃,纵筋则出现了屈曲,如图4.3-11所示,承载力出现大幅下降;位移203 mm第2次循环加载时,反面和正面混凝土保护层大面积剥落,核心区混凝土压溃,正面剥落情况最为严重,钢筋出现严重屈曲,受拉侧钢筋断裂,正向承载力下降至最大值的67.8%,反向承载力下降至最大值的27.9%,结束试验加载。

拟静力模型试验现象:铁路混凝土桥梁抗震设计理论研究

根据试验结果和现象判断5个试件都发生了弯曲破坏,均经历了混凝土开裂、钢筋屈服、混凝土保护层初始剥落、混凝土保护层大面积剥落和纵筋的屈曲或断裂等过程,并按预期形成了塑性铰。由于5个试件的试验现象和过程发展趋势基本类似,在此仅列出较有代表性的SA-3墩在不同加载阶段的破坏历程及最终破坏形态,同时给出各试件的最终裂缝分布模式,以便对比分析。

4.3.1.1 桥墩破坏现象

SA-3墩测点布置如图4.3-1所示,在力控制阶段,当水平荷载为120 kN时,桥墩正面受拉时在距墩底27 cm、42 cm及127 cm处出现3条弯曲裂缝,而反面受拉时在截面高度30 cm出现一条短裂缝。

图4.3-1 水平荷载120 kN作用下SA-3墩身开裂情况(正面)

位移控制阶段,侧向位移为29 mm时,正面增加了一条裂缝,而在反面在距墩底高度93 cm和110 cm处新增水平弯曲裂缝。原有弯曲裂缝继续延伸,正面和反面裂缝有所增,如图4.3-2~图4.3-3所示。

图4.3-2 水平位移荷载29 mm下SA-3墩身开裂情况(正面)

图4.3-3 水平位移荷载29 mm下SA-3墩身开裂情况(反面)

当位移为58 mm时,桥墩空心段的水平弯曲裂缝数量急剧增加,如图4.3-4~图4.3-5所示。正反面均新增8条主裂缝及部分小裂缝;同时已有弯曲裂缝和新生成的部分裂缝开始延伸至侧面扩展为斜向裂缝,加载正面和背面部分斜裂缝开始相交,通过应变分析,截面最外层钢筋已屈服(屈服位移43 mm)。

图4.3-4 水平位移荷载58 mm下SA-3墩身局部裂缝分布(正面)

图4.3-5 水平位移荷载58 mm反向加载SA-3墩身裂缝分布(反面)

位移为87 mm时,在桥墩正面的中上部新出现3条裂缝,如图4.3-6~图4.3-7所示,而反面几乎没有新的弯曲裂缝产生,该位移水平的主要特征为已有弯曲裂缝宽度的增加,侧面斜向剪切裂缝继续延伸而形成网格状,尤其是墩底空心倒角处网格最密集,为弯矩剪力和轴力共同作用的复杂受力区域,桥墩明显进入塑性状态。

图4.3-6 水平位移荷载87 mm下SA-3墩身局部裂缝分布(正面)

图4.3-7 水平位移荷载87 mm下SA-3墩身局部裂缝分布(反面)

位移达到116 mm时,如图4.3-8所示,试件正面及背面仅有少量的裂缝产生,原有裂缝宽度继续扩大,尤其是墩底倒角附近裂缝宽度较大,裂缝处钢筋与混凝土滑移现象明显;桥墩上部新出现些许竖向裂缝,已有裂缝附近分出一些短小裂缝,受压侧混凝土出现“起皮”现象。

图4.3-8 水平位移荷载116 mm下SA-3墩身侧向裂缝分布(www.xing528.com)

当位移水平为145 mm时,桥墩模型几乎没有出现新的裂缝,主要损伤为裂缝宽度的扩大,使得斜裂缝穿过中性轴后仍有较大裂缝宽度,两侧裂缝相交形成更多的交叉,在原有裂缝基础上有竖向和斜向裂缝小分枝的出现,同时墩底塑性区已有少量混凝土骨料脱落;在+145 mm位移工况时,达到最大正向承载力229.5 kN,在-145 mm加载时达到反向最大承载力-268.2 kN,如图4.3-9所示。

图4.3-9 水平位移荷载145 mm下SA-3墩身裂缝分布

位移水平为174 mm时,反面和正面混凝土均发生了不同程度的局部剥落,箍筋和纵筋裸露出来,两侧承载力均略微下降,如图4.3-10所示。

图4.3-10 水平位移荷载174 mm下SA-3墩身正反面裂缝分布

位移203 mm第1次加载时,正面和反面塑性区域均出现了大面积的混凝土压溃,纵筋则出现了屈曲,如图4.3-11所示,承载力出现大幅下降;位移203 mm第2次循环加载时,反面和正面混凝土保护层大面积剥落,核心区混凝土压溃,正面剥落情况最为严重,钢筋出现严重屈曲,受拉侧钢筋断裂,正向承载力下降至最大值的67.8%,反向承载力下降至最大值的27.9%,结束试验加载。试验过程中试件SA-3墩底倒角段附近混凝土压溃剥落和钢筋裸露屈曲。

图4.3-11 桥墩SA-3混凝土剥落与纵筋屈曲

4.3.1.2 墩身裂缝分布性态

根据试验结果,将各桥墩试件加载过程中关键状态的裂缝分布图绘制如图4.3-12~图4.3-16所示。分析可知,桥墩由于墩底倒角处混凝土压溃剥落、钢筋屈曲或拉断而发生弯曲破坏,墩身弯曲裂缝范围约占墩高的0.61~0.75;墩底实体段、倒角过渡段和墩身变截面的共同影响使得塑性铰区域延长并整体上移;随着配箍率增加,桥墩延性有较大提升;在一定范围内增大轴压比可以提高桥墩抗弯能力,但过大的轴压会使墩底混凝土提前压溃而降低延性性能:表明按规范设计的桥墩具有较好的抗震安全性。

图4.3-12 桥墩试件SA-1裂缝分布及损伤

图4.3-13 SA-2墩身裂缝分布

图4.3-14 桥墩试件SA-3裂缝分布及损伤

图4.3-15 SB-1桥墩裂缝分布及损伤

图4.3-16 桥墩试件SB-2裂缝分布及损伤

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