摘要
加快桥梁建造技术(Accelerated Bridge Construction，ABC)采用新型的设计、材料和建造方法，在保证安全、质量和费用的同时，极大的减少了新桥建造和旧桥替换的现场施工时间。在预制结构的各种连接方式中，灌浆套筒是预制拼装桥墩广泛采用的连接方式之一，然而，基于灌浆套筒连接的预制拼装桥墩的抗剪机理和抗剪性能尚不明确，限制了其在中高烈度区的推广。有鉴于此，本文采用模型试验、数值模拟和理论分析相结合的研究方法，对灌浆套筒连接预制拼装桥墩的力学性能和失效机理进行分析，建立了桥墩水平承载力计算模型，提出了适用于中高烈度区的预制桥墩抗剪强度计算公式，本文主要研究内容如下: 1.灌浆套筒连接预制拼装桥墩拼接缝的抗剪性能 (1)通过3个直剪试验和4个灌浆套筒连接桥墩的拟静力试验研究了拼接缝的抗剪性能，得到拼接缝的试验现象、抗剪强度、变形能力、开口情况以及破坏模式。 (2)通过建立高精度数值分析模型验证了直剪试验的破坏模式，准确预测直剪试验的抗剪强度、刚度变化等试验结果，以及灌浆套筒连接在桥墩往复拟静力作用下的破坏情况。 (3)通过参数分析得出，座浆料的厚度改变会使直剪试验的前期承载力有明显的变化。钢筋直径占比套筒直径一半时拼接缝强度最高，而钢筋直径较大或较小都会降低拼接缝强度。 2.灌浆套筒连接预制拼装桥墩的抗剪机理与水平承载力计算 (1)通过四个桥墩拟静力试验，分析裂缝发展、失效模式和滞回行为，研究桥墩的抗剪性能和传力机理，以及轴压比的影响。 (2)提出一种分析套筒区传力机理的拉-压杆模型，以及基于套筒区拉-压杆模型的水平承载力计算方法，通过试验结果验证该方法的准确性，揭示了轴压对桥墩水平承载力的作用原理。 (3)提出一种基于修正压力场理论的预测套筒区开裂的方法，通过建立套筒区的套筒单元和混凝土单元，并基于修正压力场理论分析了开裂机理，掌握了开裂规律，绘制了裂缝开展图。根据开裂后所穿过箍筋的数量，建立了灌浆套筒连接预制桥墩的抗剪强度计算公式。通过套筒区剪切裂缝位置、长度、方向等试验结果验证了该方法的有效性，且基于箍筋强度的抗剪强度计算公式较现有公式更为精确。 3.灌浆套筒连接预制拼装桥墩荷载-变形关系 提出一种预测灌浆套筒连接预制拼装桥墩在地震作用下荷载-变形关系的方法。根据修正压力场理论建立了桥墩底部剪切压溃破坏的损伤模型。基于变形三分量模型以及拼接缝的剪切-滑移变形关系，得到了预制桥墩的荷载-变形骨架曲线。通过试验结果证明采用本方法预测的骨架曲线与试验结果符合较好，可用于桥墩的抗震分析。
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