钢管套箍混凝土桥墩拟静力试验研究文献学习体会

文献概况与研究背景

本文发表于兰州大学学报（自然科学版）2023年第1期，由福建工程学院土木工程学院欧智菁等人完成，受国家自然科学基金（51878172）、福建省高校产学合作项目（2019H6020）及福建省交通运输科技项目（202003）资助。研究针对钢管套箍混凝土桥墩的抗震性能，设计制作3根试件开展拟静力试验，并结合ABAQUS有限元分析进行拓展参数研究。

试件设计与连接方案对比

试验设计了三种不同连接方式的钢管套箍混凝土桥墩试件，核心对比在于钢管剪力键与灌浆套筒的组合连接方案。

结果表明，采用钢管剪力键与灌浆套筒组合连接的桥墩，各项抗震性能指标均达到了钢管套箍整体式混凝土桥墩的水平，且滞回曲线更为饱满，自复位能力强，残余位移小。

抗震性能影响参数分析

通过ABAQUS有限元分析，研究识别了以下影响钢管套箍混凝土桥墩抗震性能的重要参数：

• 轴压比：轴压比增大可提高墩身承载力，但过大的轴压比会降低延性。
• 长细比：长细比增大，墩身刚度降低，变形能力增强，但稳定性需重点关注。
• 套箍系数：套箍系数反映钢管对混凝土的约束程度，系数越大，混凝土约束效果越好，墩身延性和承载力越高。
• 钢管剪力键嵌入深度与墩身高度比：该参数直接影响剪力传递效率和连接区域的整体性。

从钢管制造与焊接工艺角度的思考

钢管套箍混凝土桥墩的设计与制造涉及多个关键工艺环节，从钢管制造到焊接连接，每个环节的质量都直接影响桥墩的抗震性能。

钢管制造方面：

• 钢管材质应满足桥梁结构用钢的力学性能要求，通常采用Q345或Q390级别低合金高强钢。
• 钢管的几何尺寸精度（外径、壁厚偏差）影响套箍系数的实际值，进而影响混凝土约束效果。
• 钢管的焊接质量（如螺旋焊管的焊缝质量）直接影响其作为约束构件的可靠性。

焊接连接方面：

• 钢管剪力键与墩身钢管的连接焊缝是传力关键，焊缝形式（角焊缝、坡口焊）和焊接质量直接影响剪力传递效率。
• 灌浆套筒的连接质量（灌浆料密实度、套筒尺寸精度）对组合连接方案的性能发挥至关重要。
• 焊接残余应力和焊接热影响区的性能变化，可能影响连接区域的局部承载能力和疲劳性能。

工程实践建议

基于本文研究结论，在实际工程中建议：

1. 优先采用钢管剪力键与灌浆套筒组合连接方案，以获得更优的抗震性能和自复位能力。
2. 严格控制钢管剪力键的嵌入深度与墩身高度比，确保剪力传递效率。
3. 钢管套箍的焊接连接应进行严格的无损检测（UT或MT），确保焊缝质量。
4. 灌浆套筒施工应严格控制灌浆料配合比和施工温度，确保灌浆密实。
5. 设计时应综合考虑轴压比、长细比、套箍系数等参数的合理取值范围。

学习心得与总结

本文研究针对预制桥墩的抗震性能问题，提出了钢管剪力键与灌浆套筒组合连接的解决方案，并通过系统的拟静力试验和有限元分析验证了其有效性。组合连接方案在水平峰值荷载、位移延性系数、等效黏滞阻尼系数和残余位移等方面均表现出显著优势，滞回曲线饱满，自复位能力强，是较理想的预制桥墩型式。从钢管制造与焊接工艺的角度看，该方案的成功实施依赖于钢管剪力键的制造精度、焊接连接质量和灌浆套筒施工质量的严格控制。建议后续研究可进一步开展低周疲劳试验，评估组合连接在多次地震作用下的长期性能，同时可结合更多实际桥梁工程案例，验证该方案在复杂工况下的适用性。