本设计提出了一种新型的高强螺旋箍筋增强UHPC离心管-NC组合墩柱结构,该结构由UHPC离心管和NC组合墩柱两部分组成。UHPC离心管采用第一层钢筋骨架和超高性能混凝土离心浇注技术制成;而NC组合墩柱则是通过第二层钢筋骨架结合UHPC离心管外模,使用普通混凝土浇注而成。第二层钢筋骨架位于UHPC离心管内部,与UHPC离心管共同构成高强螺旋箍筋增强的UHPC离心管-NC组合墩柱结构。该结构利用离心成型工艺和高强螺旋箍筋配置,实现了UHPC与NC界面的变形协调,并通过高强螺旋钢筋为UHPC预制管内部的NC提供侧向约束,同时利用UHPC材料的超高断裂韧性,显著提高了桥梁墩柱的抗震性能。
背景技术
目前普通混凝土(Normal concrete,简称NC)以其良好的性能、简单的施工工艺以及相对低廉的造价成为当今土木工程用量最大的水泥基材料,但受材料耐久性、损伤容限和耗能能力等的制约,在结构抗震领域并不具备优势。在地震作用下钢筋混凝土墩柱的破坏时有发生。为此,探寻一种具有良好耐久性能和抗震耗能能力的墩柱结构形式具有重要的现实需求。
近年来,已有学者尝试采用超高性能混凝土(Ultra-high performanceconcrete,简称UHPC)替代NC用于桥梁墩柱并对其抗震性能开展了研究。值得注意的是,尽管国内外对UHPC用于结构抗震的研究已取得一系列成果,但目前研究大多将UHPC应用于整体结构,考虑到现阶段UHPC造价相对昂贵,采用全UHPC结构并不利于其工程推广应用。为此,不少基于UHPC材料的组合墩柱结构如外筒UHPC模柱-内核钢筋混凝土组合桥墩、活性粉末混凝土预制管组合柱以及UHPC外包加固混凝土桥墩等相继被提出,研究人员通过对其抗震性能的研究表明,基于合理的性能设计,UHPC与NC组合墩柱不仅具有良好的经济性,而且能发挥各自材料的优势,取得良好的抗震预期,但已有研究也存在以下问题:
(1)组合桥墩中外置的UHPC薄层一般不配置钢筋或配置的钢筋强度不足,导致UHPC材料优越的力学性能并未得到充分发挥。
(2)考虑UHPC与普通混凝土的组合存在明显的界面效应,如何确保两者在复杂受力状态下(如地震作用)具有良好的界面变形协调性能鲜有针对性的研究。
实现思路