基于ABAQUS裝配式橋墩抗震影響分析

杜朋飛 劉文會 李嘉明 王新宇

（吉林建筑大學 交通科學與工程學院，長春 130118）

0 引言

橋梁在快速發展的社會中,起著至關重要的作用,然而裝配式的發展可謂是實現橋梁建設效率以及綠色環保的巨大進步.同時,對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步空間.裝配式橋墩主要的病害在于接縫處的破壞,國外學者采用剪力鍵連接方式對裝配式橋墩的耗能能力影響進行分析，結果影響不大,但接縫處剪力有所減小[1].在國內的一些學者通過對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].通過對預應力裝配式橋墩不同接縫形式進行分析,各個工況條件下,預應力裝配式橋墩均能滿足要求[3]本文通過ABAQUS有限元軟件對波紋管連接橋墩進行抗震性能分析,并且與文獻[4]實驗結果進行對比,同時通過施加剪力鍵，研究裝配式橋墩的整體抗震性。

1 基于ABAQUS 裝配式橋墩數值模擬

1.1 材料本構關系

(1)混凝土本構關系

混凝土采用混凝土損傷本構模型,,其彈性模量為 3.25GPa,抗壓強度為33.668MPa,抗拉強度2.5MPa 混凝土的受壓應力-應變曲線采用我國規范（GB50010—2010）[5],表達式如下：

σc=fcnx/(n-1+xn)(x≤1)，σc=fcnx/[ac(n-1+xn)](x＞1)，式中：為混凝土應力；為混凝土峰值應力（ 混凝土強度 ）；,εc為混凝土應變,x=εC/ε0,εc為峰值應力對應的應變；Ec為彈性模量；E0為峰值應力對應的應變；n=EC/(EC-E0).

(2)鋼筋本構關系

鋼筋采用理想彈塑性應力應變關系,其型號為HRB400 鋼筋,彈性模量為200GPa,屈服強度為 400MPa,表達式如下：式中,σs為鋼筋應力；εs為鋼筋應變；ES為鋼筋彈性模量；εy為鋼筋屈服強度.

1.2 建立有限元模型

建立2000×1050×500mm 基礎部件,通過上表面拉伸成500×640×2200mm墩身部件.由梁單元建立縱筋8φ25和箍筋,箍筋直徑為14mm,間距為100mm,將各部件裝配成體,然后劃分網格,網格尺寸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 水平位移加載時程 Fig.2 loading time -history of Horizontal displacement

2 模擬計算與實驗結果對比分析

由ABAQUS 計算得到的墩底剪力-墩頂位移滯回曲線,與實驗結果[6]對比如圖3所示；有剪力鍵與與剪力鍵對比如圖4所示。

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

圖4 有無剪力鍵對比 Fig.4 Comparisons of shear keys and non-shear keys

從圖3中可以看出,數值模擬結果與實驗結果有較好的吻合度,驗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 結論

本文借助ABAQUS 有限元軟件,在不同工況條件下對裝配式橋墩的抗震性進行了研究,得出以下結論：(1)通過施加剪力鍵的數值模擬,得出在相同反復荷載作用下,橋墩的最大極限荷載有所增加,剛度相應增大,但影響不大.(2)ABAQUS 對非線性的分析方面有著強大的功能,特別是對混凝土的模擬.通過本文的模擬得出ABAQUS能很好地與實際工程相結合,更能運用到實際規劃設計中.