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为适应经济建设高速发展的需要,跨河以及高速桥梁数量日益增加,同时船舶车辆数量也在不断增加,这使得车船桥之间的矛盾日趋突出。然而车船的撞击是导致桥梁倒塌的主要原因之一。车船撞击桥墩事故主要有以下特点:事故极端、较高死亡率、较多后遗症、难以维修以及巨大的经济损失等。国内对承受撞击荷载的钢骨混凝土结构动力性能研究很少,因此研究承受横向撞击荷载的钢骨混凝土桥墩的动力响应,并研究钢骨对于提高桥墩的抗撞击性能的程度成为一项重要且非常有意义的工作。 为了更深入地探讨钢骨混凝土桥墩动力响应,本文设计了两组一端固支约束、一端水平刚性支撑约束的桥墩:第一组为1根普通钢筋混凝土桥墩,第二组为2根钢骨混凝土桥墩,主要研究分析了横向撞击荷载下桥墩动力响应的变化、影响撞击性能的因素、钢骨桥墩弹性阶段动力响应的计算以及缓冲装置的缓冲吸能作用,研究成果具有一定的参考价值和工程应用价值。本文工作和结论如下: 1、通过摆动加载的方式对3根承受偏心轴向压力的一端固定约束,一端刚性支撑约束的2根钢骨混凝土桥墩和1根钢筋混凝土桥墩模型进行了试验研究,得到了桥墩裂缝的开展模式、破坏模式与形态、位移时程曲线、钢筋应变时程曲线、钢骨应变时程曲线,阐述了承受横向撞击荷载的钢筋混凝土桥墩和内置型钢骨架的混凝土桥墩动力响应的影响要素和变化规律以及布置的缓冲装置的吸能作用。 2、由试验结果可得与普通钢筋混凝土桥墩比较,钢骨混凝土桥墩破坏过程同样分为初裂、裂缝开展和破坏三个不同的阶段;型钢骨架能有效提高桥墩墩身裂缝开裂荷载,并且型钢骨架对结构的刚度和延性都起到改善作用。 3、在桥墩撞击处布置缓冲装置有效地减小了撞击能量,达到了改善桥墩抗撞击性能的目标。对比分析钢筋混凝土桥墩和钢骨混凝土桥墩的动力响应可知,缓冲装置在撞击荷载作用下发挥了很好的缓冲作用:撞击体加速度峰值和平均值都显著降低,撞击持续时间得到了显著延长,同时桥墩的动力响应显著降低例如钢筋应变峰值、混凝土应变峰值以及墩身位移峰值等,桥墩开裂的撞击能量得到了很大的提高。 4、研究了承受横向撞击荷载的钢骨混凝土桥墩动力响应的计算方法:根据平截面假定以及弯矩曲率关系推到了撞击力与桥墩动力响应的方程关系式并将计算结果与试验结果进行对比分析,根据拉格朗日方程和撞击体运动方程推导了钢骨混凝土桥墩横向撞击荷载作用下钢骨桥墩的运动方程,并对其进行了参数化分析,为改善撞击后桥墩动力响应提供了一定的理论参考。 5、以撞击试验数据为基础建立有限元分析模型。使用大型非线性有限元软件ABAQUS,对普通钢筋混凝土桥墩进行了有限元模拟。通过有限元模拟进行了在桥墩无刚度损伤情况下的单次撞击全过程。对比分析了桥墩承受单次撞击作用下与实际试验中多次撞击累积作用下桥墩的动力响应。