榫卯參數(shù)對裝配式橋墩力學(xué)性能的影響分析

（吉林建筑大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院）

0 引言

隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展,人們對建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)注不僅只存留在質(zhì)量的層面,對于施工的速度和對環(huán)境的影響也有很多的要求。而且傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)一般施工工期比較長對施工的環(huán)境也有一定的要求，裝配式結(jié)構(gòu)由于其構(gòu)件在預(yù)制場建成，因此具有工期比較短且對施工周邊環(huán)境的沒有很高要求等特點(diǎn)[1-2]。由于裝配式結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑結(jié)構(gòu)不同，因?yàn)檠b配式結(jié)構(gòu)本身的不連續(xù)性，尤其在結(jié)構(gòu)的相鄰接縫處的力學(xué)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(jié)構(gòu)的影響,采用ABAQUS 有限元分析軟件對各種參數(shù)進(jìn)行對比分析。

1 基于ABAQUS 對裝配式結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析

1.1 材料的本構(gòu)關(guān)系

1.1.1 混凝土的材料本構(gòu)

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(qiáng)度為44.3MPa,抗拉強(qiáng)度為2.5MPa,混凝土的本構(gòu)關(guān)系采用我國規(guī)范（GB50010-2010）[5],表達(dá)式如下所示:

①混凝土單軸受拉的應(yīng)力-應(yīng)變曲線為:

其中:

②混凝土單軸受壓的應(yīng)力-應(yīng)變曲線為:

其中：

水利部副部長、部抗震救災(zāi)領(lǐng)導(dǎo)小組副組長劉寧，水利部黨組成員、辦公廳主任、部抗震救災(zāi)領(lǐng)導(dǎo)小組副組長陳小江，水利部總規(guī)劃師兼規(guī)劃計劃司司長周學(xué)文等出席會議并分別傳達(dá)了有關(guān)會議精神。會議聽取了水利部抗震救災(zāi)領(lǐng)導(dǎo)小組防災(zāi)減災(zāi)組、供水保障組、水電恢復(fù)組、監(jiān)測預(yù)報組、災(zāi)后重建組、技術(shù)指導(dǎo)組、綜合協(xié)調(diào)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(gòu)

縱筋箍筋和預(yù)應(yīng)力筋均采用雙折線本構(gòu)模型,其表達(dá)式如下:

m 是鋼筋的強(qiáng)化系數(shù),本文去0.001,ε為鋼筋的屈服應(yīng)變。

1.2 模型的建立

建立2000×2000×600 的底部基礎(chǔ),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(jié)構(gòu)的縱筋箍筋和預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(shù)示意圖

1.3 榫卯橋墩不同的參數(shù)對橋墩力學(xué)性能的影響

圖5.不同參數(shù)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(gòu)件的殘余位移，使自復(fù)位性能略微的減少，剛開始再加構(gòu)件處于彈性節(jié)段，滯回環(huán)的面積很小，隨著位移的增加，滯回環(huán)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(gòu)件的殘余位移逐漸變大，使結(jié)構(gòu)的自復(fù)位性能降低，隨著位移加載的逐漸增大，滯回環(huán)的面積也是呈現(xiàn)正相關(guān)性，墩柱的耗能能力也相應(yīng)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(jié)構(gòu)的自復(fù)位性能降低，而且隨著寬度的增加滯回環(huán)的面積逐漸增加，但寬度比增加到一定程度，結(jié)構(gòu)的損壞的特別嚴(yán)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(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)從彈性階段過渡到塑性節(jié)段，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)邊緣的混凝土太薄，結(jié)構(gòu)的損壞程度比其他的都嚴(yán)重，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的等效剛度曲線下降會更快。

2 結(jié)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(yīng)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(shù)增加，橋墩的殘余位移會不斷加大，使結(jié)構(gòu)的自復(fù)位性能越來越差。

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