基于ABAQUS裝配式橋墩抗震影響分析

杜朋飛 劉文會(huì) 李嘉明 王新宇

（吉林建筑大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118）

0 引言

橋梁在快速發(fā)展的社會(huì)中,起著至關(guān)重要的作用,然而裝配式的發(fā)展可謂是實(shí)現(xiàn)橋梁建設(shè)效率以及綠色環(huán)保的巨大進(jìn)步.同時(shí),對(duì)資源的合理利用以及人們的出行影響也是效果顯著.然而裝配式橋墩的應(yīng)用依然存在局限性,其在裝配式墩柱的抗震方面也是具有更大的進(jìn)步空間.裝配式橋墩主要的病害在于接縫處的破壞,國(guó)外學(xué)者采用剪力鍵連接方式對(duì)裝配式橋墩的耗能能力影響進(jìn)行分析，結(jié)果影響不大,但接縫處剪力有所減小[1].在國(guó)內(nèi)的一些學(xué)者通過(guò)對(duì)裝配式橋墩影響因素的探討,使裝配式橋墩各因素的影響程度更加明顯[2].通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力裝配式橋墩不同接縫形式進(jìn)行分析,各個(gè)工況條件下,預(yù)應(yīng)力裝配式橋墩均能滿足要求[3]本文通過(guò)ABAQUS有限元軟件對(duì)波紋管連接橋墩進(jìn)行抗震性能分析,并且與文獻(xiàn)[4]實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,同時(shí)通過(guò)施加剪力鍵，研究裝配式橋墩的整體抗震性。

1 基于ABAQUS 裝配式橋墩數(shù)值模擬

1.1 材料本構(gòu)關(guān)系

(1)混凝土本構(gòu)關(guān)系

混凝土采用混凝土損傷本構(gòu)模型,,其彈性模量為 3.25GPa,抗壓強(qiáng)度為33.668MPa,抗拉強(qiáng)度2.5MPa 混凝土的受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線采用我國(guó)規(guī)范（GB50010—2010）[5],表達(dá)式如下：

σc=fcnx/(n-1+xn)(x≤1)，σc=fcnx/[ac(n-1+xn)](x＞1)，式中：為混凝土應(yīng)力；為混凝土峰值應(yīng)力（ 混凝土強(qiáng)度 ）；,εc為混凝土應(yīng)變,x=εC/ε0,εc為峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變；Ec為彈性模量；E0為峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變；n=EC/(EC-E0).

(2)鋼筋本構(gòu)關(guān)系

鋼筋采用理想彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,其型號(hào)為HRB400 鋼筋,彈性模量為200GPa,屈服強(qiáng)度為 400MPa,表達(dá)式如下：式中,σs為鋼筋應(yīng)力；εs為鋼筋應(yīng)變；ES為鋼筋彈性模量；εy為鋼筋屈服強(qiáng)度.

1.2 建立有限元模型

建立2000×1050×500mm 基礎(chǔ)部件,通過(guò)上表面拉伸成500×640×2200mm墩身部件.由梁?jiǎn)卧⒖v筋8φ25和箍筋,箍筋直徑為14mm,間距為100mm,將各部件裝配成體,然后劃分網(wǎng)格,網(wǎng)格尺寸100mm.如圖1所示.然后施加剪力鍵，在波紋管連接橋墩接縫處施加剪力鍵.剪力鍵尺寸為300×300×200mm,在墩身中心位置設(shè)置.邊界條件墩底采用固定約束。荷載分為兩步施加：第一步在參考點(diǎn)RP1 的豎直方向施加-400KN 的集中力,其軸壓比為0.068；第二步在墩身2m 處施加反復(fù)荷載.加載制度如圖2所示：

圖1 裝配式橋墩 Fig.1 assembled pier

圖2 水平位移加載時(shí)程 Fig.2 loading time -history of Horizontal displacement

2 模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

由ABAQUS 計(jì)算得到的墩底剪力-墩頂位移滯回曲線,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果[6]對(duì)比如圖3所示；有剪力鍵與與剪力鍵對(duì)比如圖4所示。

圖3 波紋管連接橋墩 Fig.3 Corrugated pipe linked piers

圖4 有無(wú)剪力鍵對(duì)比 Fig.4 Comparisons of shear keys and non-shear keys

從圖3中可以看出,數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較好的吻合度,驗(yàn)證了模型建立的正確性.從圖4可以看出相同加載位移108mm 的極限荷載最大值為244.893KN,相比無(wú)剪力鍵橋墩最大極限荷載236.493KN 而言,極限荷載最大值增加了3.56%.

3 結(jié)論

本文借助ABAQUS 有限元軟件,在不同工況條件下對(duì)裝配式橋墩的抗震性進(jìn)行了研究,得出以下結(jié)論：(1)通過(guò)施加剪力鍵的數(shù)值模擬,得出在相同反復(fù)荷載作用下,橋墩的最大極限荷載有所增加,剛度相應(yīng)增大,但影響不大.(2)ABAQUS 對(duì)非線性的分析方面有著強(qiáng)大的功能,特別是對(duì)混凝土的模擬.通過(guò)本文的模擬得出ABAQUS能很好地與實(shí)際工程相結(jié)合,更能運(yùn)用到實(shí)際規(guī)劃設(shè)計(jì)中.