榫卯參數對裝配式橋墩力學性能的影響分析

（吉林建筑大學交通科學與工程學院）

0 引言

隨著社會的進步和發展,人們對建筑結構的關注不僅只存留在質量的層面,對于施工的速度和對環境的影響也有很多的要求。而且傳統的建筑結構一般施工工期比較長對施工的環境也有一定的要求，裝配式結構由于其構件在預制場建成，因此具有工期比較短且對施工周邊環境的沒有很高要求等特點[1-2]。由于裝配式結構和傳統的現澆建筑結構不同，因為裝配式結構本身的不連續性，尤其在結構的相鄰接縫處的力學性能更要深入研究。首先由蔡忠奎[3]和朱鈺[4]提出榫卯接縫的概念，基于有限元軟件對榫卯接縫的不同影響因素對裝配式結構的影響,采用ABAQUS 有限元分析軟件對各種參數進行對比分析。

1 基于ABAQUS 對裝配式結構的數值分析

1.1 材料的本構關系

1.1.1 混凝土的材料本構

混凝土采用混凝土損傷模型,其彈性模量為32500MPa,泊松比為0.2,其抗壓強度為44.3MPa,抗拉強度為2.5MPa,混凝土的本構關系采用我國規范（GB50010-2010）[5],表達式如下所示:

①混凝土單軸受拉的應力-應變曲線為:

其中:

②混凝土單軸受壓的應力-應變曲線為:

其中：

水利部副部長、部抗震救災領導小組副組長劉寧，水利部黨組成員、辦公廳主任、部抗震救災領導小組副組長陳小江，水利部總規劃師兼規劃計劃司司長周學文等出席會議并分別傳達了有關會議精神。會議聽取了水利部抗震救災領導小組防災減災組、供水保障組、水電恢復組、監測預報組、災后重建組、技術指導組、綜合協調組等7個工作組和各成員單位的匯報。

2.1.2 鋼筋的材料本構

縱筋箍筋和預應力筋均采用雙折線本構模型,其表達式如下:

m 是鋼筋的強化系數,本文去0.001,ε為鋼筋的屈服應變。

1.2 模型的建立

建立2000×2000×600 的底部基礎,墩身分為三段尺寸為半徑350mm 高為850mm 的圓形墩柱,頂部加載端為1000×1000×400 的混凝土塊.由桁架單元建立結構的縱筋箍筋和預應力鋼筋,在建模的過程中,墩底采用固定約束,加載的過程分為3 個荷載步,第一個荷載步施加預應力,第二個荷載步施加豎向軸向力,軸壓比為10%,第三個荷載步施加位移荷載。建立模型及鋼筋在墩柱的分布和榫卯橋墩的截面形式和位移加載曲線如下所示：

圖1.模型及鋼筋

圖2.橋墩的截面形式

圖3.水平位移加載曲線

圖4.榫卯參數示意圖

1.3 榫卯橋墩不同的參數對橋墩力學性能的影響

圖5.不同參數的滯回曲線比較

SC 滯回曲線的比較可以看出，榫舌的長度的增加影響了構件的殘余位移，使自復位性能略微的減少，剛開始再加構件處于彈性節段，滯回環的面積很小，隨著位移的增加，滯回環的面積逐漸增加耗能能力增加。SJ 滯回曲線的比較可以看出，榫角的增加使構件的殘余位移逐漸變大，使結構的自復位性能降低，隨著位移加載的逐漸增大，滯回環的面積也是呈現正相關性，墩柱的耗能能力也相應的增大。SK 滯回曲線的比較可以看出，榫舌的寬度的增加也使結構的自復位性能降低，而且隨著寬度的增加滯回環的面積逐漸增加，但寬度比增加到一定程度，結構的損壞的特別嚴重。

1.3.2 榫舌的寬度、榫舌的長度、榫角的大小三個因素骨架曲線的比較

圖6.不同參數的骨架曲線比較

SC 和SJ 骨架曲線的比較可以得出，榫舌長度對結構的的等效剛度的影響很小，都是隨著位移加載的逐漸增加，結構從彈性階段過渡到塑性節段，結構開始損壞等效剛度逐漸變小。SK 的骨架曲線比較可以得出，在最大寬度的結構由于結構邊緣的混凝土太薄，結構的損壞程度比其他的都嚴重，導致其結構的等效剛度曲線下降會更快。

2 結論

（1）裝配式橋墩隨著SC 的不斷增大，橋墩的耗能能力有相應的提高，而隨著SJ 和SK 的增加橋墩的耗能能力顯著提高。

（2）裝配式橋墩隨著SC、SJ 和SK 的參數增加，橋墩的殘余位移會不斷加大，使結構的自復位性能越來越差。

（3）在隨著SK 參數的增加，增加到一定的程度，混凝土的破壞非常嚴重，剛度退化的很多。