王寧寧　趙奇　米家禾　亓興軍　楊宇

摘要： 為改善預(yù)制裝配式橋墩的抗震性能和施工容錯(cuò)能力，提出一種裝配式橋墩新型連接方式：超高性能混凝土（Ultra－High－Performance Concrete，UHPC）墩周連接。設(shè)計(jì)并制作1個(gè)現(xiàn)澆橋墩試件和1個(gè)UHPC墩周連接裝配式橋墩試件，對(duì)兩個(gè)試件進(jìn)行擬靜力試驗(yàn);建立UHPC墩周連接裝配式橋墩試件的三維實(shí)體非線性有限元模型，對(duì)比研究新型裝配式橋墩的抗震性能及其影響因素。結(jié)果表明：UHPC墩周連接裝配式橋墩與整體現(xiàn)澆橋墩表現(xiàn)出相似的抗側(cè)力性能和自復(fù)位能力，二者的抗震性能基本等同。對(duì)比分析非線性有限元模型與實(shí)際橋墩試件的滯回曲線，二者擬合程度較高，驗(yàn)證了建模方法的可靠性和模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。UHPC連接段高度對(duì)該裝配式橋墩抗震性能的影響不大，保證鋼筋搭接長(zhǎng)度即可。軸壓比、立柱高度和搭接鋼筋配筋率對(duì)該裝配式橋墩抗震性能的影響較為明顯：在軸壓比為0.1～0.3時(shí)，試件剛度和水平承載力隨軸壓比的增大而增大，殘余位移隨軸壓比的增大而減小;立柱高度由2.0 m提高至2.5 m時(shí)，高度越大該裝配式橋墩的水平承載能力和累積滯回耗能越小;濕接縫處搭接鋼筋配筋率由1.01%增至1.57%時(shí)，該裝配式橋墩的水平承載能力和殘余位移相比原配筋試件性能有較明顯的提升。

關(guān)鍵詞： UHPC墩周連接裝配式橋墩; 抗震性能; 擬靜力試驗(yàn); 非線性有限元模型; 數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)： U443.22文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)： 1000－0844（2023）04-0780-12

DOI：10.20000/j.1000－0844.20220617002

Seismic performance of assembled piers connected with ultra－h(huán)igh－performance concrete around the pier

WANG Ningning ZHAO Qi2， MI Jiahe2， QI Xingjun2， YANG Yu3

Abstract：? To improve the seismic performance and construction fault tolerance of prefabricated assembled piers， this paper proposes a new connection method for assembled piers： assembled piers connected with ultra－h(huán)igh－performance concrete （UHPC） around piers. A cast－in－place bridge pier specimen and an assembled pier specimen connected with UHPC around the pier were designed and fabricated. A quasi－static test was performed on two specimens， and a three－dimensional solid nonlinear finite element model of the assembled pier specimen was established. The seismic performance and associated influencing factors of the proposed assembled pier were analyzed by performing a numerical simulation. The results showed that the assembled pier specimen connected with UHPC around the pier exhibited a similar lateral performance and self－resetting capability as the integral cast－in－place pier， and their seismic performances were the same. The fitting degree between the hysteretic curves of the nonlinear finite element model and the actual pier specimen was high， verifying the reliability of the modeling method and the accuracy of the simulation results. The height of the UHPC connection had little influence on the seismic performance of the assembled pier， and only the lap length of the reinforcement needed to be ensured. The axial compression ratio， column height， and lapped reinforcement ratio had evident effects on the seismic performance of the assembled bridge pier. When the axial compression ratio was between 0.1 and 0.3， the stiffness and horizontal bearing capacity of the specimen increased with the increase in the axial compression ratio. When the column height increased from 2.0 m to 2.5 m， the horizontal bearing capacity and accumulated hysteretic energy dissipation of the assembled pier decreased with the increase in the column height; when the reinforcement ratio was increased from 1.01% to 1.57%， the horizontal bearing capacity and residual displacement of the assembled pier were evidently improved compared with those of the original specimen.

Keywords： assembled piers connected with UHPC around piers; seismic performance; quasi－static test; nonlinear finite element model; numerical simulation

0 引言

地震是地球內(nèi)部釋放能量時(shí)造成地表振動(dòng)的現(xiàn)象，高烈度地震釋放能量大、破壞性強(qiáng)，經(jīng)常造成大量人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失。我國處于歐亞地震帶與環(huán)太平洋地震帶之間，受板塊間相互碰撞的影響，地震帶較為活躍，使得我國地震頻率高且烈度大，屬于震災(zāi)嚴(yán)重的國家。2008年汶川地震造成大量通往震區(qū)的道路損壞、橋梁倒塌，導(dǎo)致救援線路被切斷，此后國內(nèi)學(xué)者逐漸開始注重橋梁抗震理論研究［1］。我國交通運(yùn)輸部于2020年發(fā)布并施行了《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG/T 2231－01—2020）》［2］，但規(guī)范中有關(guān)鋼筋混凝土墩柱抗震性能的計(jì)算均針對(duì)現(xiàn)澆橋墩。國內(nèi)僅有少數(shù)省份頒布了裝配式混凝土橋墩抗震的地方標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者針對(duì)裝配式橋墩連接方式和抗震性能的研究仍在探索中。

裝配式橋墩技術(shù)的關(guān)鍵在于各預(yù)制件之間的連接方式，其連接處的力學(xué)可靠性將直接影響整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于裝配式橋墩的研究工作也主要集中在預(yù)制構(gòu)件間的連接方式方面［3］，先后提出多種連接方式，通過足尺、縮尺模型試驗(yàn)和有限元模擬等方法探索各種連接方式在實(shí)際工程中應(yīng)用的可能性。國內(nèi)外研究人員針對(duì)套筒連接［4－6］、承插式連接［7－9］、波紋管連接［10－12］及各類新型連接方式［13－15］進(jìn)行了試驗(yàn)及數(shù)值模擬來研究橋墩的抗震性能。

超高性能混凝土（Ultra－High－Performance Concrete，UHPC）具有較強(qiáng)的抗壓抗拉性能以及優(yōu)異的韌性和耐久性，在裝配式連接中可以發(fā)揮良好的工作性能。Tazarv等［16－17］對(duì)采用UHPC灌漿料連接的裝配式墩柱進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)，結(jié)果表明UHPC可在較短的鋼筋搭接長(zhǎng)度下保證預(yù)制節(jié)段的連接。Mohebbi等［18］將UHPC材料用于墩柱塑性鉸區(qū)域并對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，結(jié)果表明UHPC有效地減少了墩柱塑性鉸區(qū)域的破壞，使裝配式橋墩試件表現(xiàn)出良好的抗震性能。

目前裝配式橋墩主要存在諸如施工精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抗震性能差等不足。針對(duì)裝配式橋墩連接方式存在的各種不足，本文將介紹一種較為新穎且具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的裝配式橋墩連接方式：UHPC墩周連接。該連接方式采用UHPC作為墩底塑性鉸區(qū)灌漿料，將相鄰構(gòu)件的預(yù)留鋼筋搭接錨固以達(dá)到連接作用，在實(shí)際工程中應(yīng)用較少。為系統(tǒng)研究UHPC墩周連接裝配式橋墩各項(xiàng)抗震性能指標(biāo)的影響，本文制作1個(gè)UHPC墩周連接裝配式橋墩試件和1個(gè)整體式橋墩試件，進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，通過對(duì)比分析該裝配式橋墩的抗震性能;使用ABAQUS軟件建立該裝配式橋墩的有限元模型，進(jìn)一步分析影響其抗震性能的主要因素。

1 擬靜力試驗(yàn)

1.1 UHPC墩周連接裝配式橋墩結(jié)構(gòu)

本文介紹的UHPC墩周連接裝配式橋墩構(gòu)造如圖1、2所示。試驗(yàn)以某實(shí)際工程裝配式橋墩為原型，設(shè)計(jì)1∶5的縮尺模型。該結(jié)構(gòu)主要由立柱、承臺(tái)、UHPC連接段三部分組成，其中預(yù)制立柱分為常規(guī)段和榫頭段，榫頭具有輔助立柱與承臺(tái)裝配時(shí)定位和提供臨時(shí)支撐的作用。連接方式為使用后澆UHPC將立柱榫頭段外露的主筋與承臺(tái)頂部伸出的搭接鋼筋錨固連接，鋼筋的拉力通過表面摩擦、機(jī)械咬合，以及鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)傳遞給灌漿材料，利用UHPC優(yōu)異的力學(xué)性能以及與鋼筋握裹力強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制墩柱與承臺(tái)的可靠連接。立柱與承臺(tái)連接的基本要求是：為保證濕接縫段的穩(wěn)定性和耐久性，UHPC后澆厚度至少為10 cm;為保證預(yù)制節(jié)段的連接，鋼筋搭接長(zhǎng)度至少為10倍主筋直徑;為保證UHPC與鋼筋之間的黏結(jié)性，搭接鋼筋與預(yù)制立柱主筋間距至少為2倍UHPC內(nèi)鋼纖維長(zhǎng)度。UHPC墩周連接裝配式橋墩具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳力機(jī)制明確的優(yōu)點(diǎn)，為典型的等同現(xiàn)澆體系橋墩，此類橋墩抗震性能與整體式橋墩接近，在地震高烈度地區(qū)有良好的應(yīng)用前景。

1.2 試件制作

1.2.1 試件尺寸及材料參數(shù)

本次研究所用試件為1個(gè)現(xiàn)澆式橋墩試件和1個(gè)UHPC墩周連接裝配式橋墩試件。試件主要包括立柱和承臺(tái)兩部分，立柱為方形截面柱，試件具體尺寸如圖3、4所示。試件立柱縱筋采用8根直徑16 mm的鋼筋，箍筋采用直徑10 mm的鋼筋，裝配式試件搭接鋼筋采用8根直徑16 mm的鋼筋，所有鋼筋均采用HRB400級(jí)?；炷敛捎肅40混凝土，裝配式試件UHPC采用湖南中路華程橋梁科技股份有限公司提供的UC20J。產(chǎn)品主要由水泥、鋼纖維、石英砂、石英粉、硅灰、高效減水劑等組成，施工時(shí)按每1 kg干混料加入92 g水的比例制作，將澆筑時(shí)間控制在40 min內(nèi)，自然養(yǎng)護(hù)。本次研究材料參數(shù)如表1所列。

1.2.2 試件制作

試件制作過程包括：墩柱與承臺(tái)鋼筋骨架綁扎、模板支護(hù)、混凝土澆筑、試件養(yǎng)護(hù)、預(yù)制節(jié)段裝配、模板支護(hù)與灌漿、養(yǎng)護(hù)。圖5為UHPC墩周連接裝配式橋墩試件裝配與制作完成圖。

在裝配墩柱與承臺(tái)時(shí)，為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)濕接縫段灌漿質(zhì)量和灌漿進(jìn)度，采用定制透明有機(jī)玻璃板作為模板，一旦出現(xiàn)灌注質(zhì)量問題可及時(shí)處理。試件在UHPC注漿完成12 h后拆模。

1.3 擬靜力試驗(yàn)

1.3.1 擬靜力試驗(yàn)方案

加載分為豎向軸壓和墩頂水平荷載兩部分。圖6為試驗(yàn)加載裝置，其中豎向軸壓模擬橋梁上部結(jié)構(gòu)對(duì)橋墩的作用，采用液壓千斤頂施加，大小用軸壓比來表示。相關(guān)研究的結(jié)果表明，在考慮橋墩延性設(shè)計(jì)情況下，混凝土橋墩軸壓比一般小于0.3［19］，本次試驗(yàn)軸壓比保持在0.10。在豎向千斤頂和鋼橫梁之間設(shè)有低摩阻滑槽，使豎向千斤頂可以水平滑動(dòng)而不會(huì)偏轉(zhuǎn)。MTS伺服作動(dòng)器在墩頂施加水平位移荷載，加載制度為0～20 mm每級(jí)荷載增加2 mm，20～50 mm每級(jí)荷載增加5 mm，50 mm以上每級(jí)荷載增加10 mm;當(dāng)試件的水平承載力降至水平承載力峰值的85%時(shí)，加載停止。墩頂水平荷載加載制度如圖7所示。

1.3.2 擬靜力試驗(yàn)現(xiàn)象

整體現(xiàn)澆試件在滯回位移達(dá)到6 mm時(shí)墩身出現(xiàn)首次開裂，此時(shí)水平荷載為36.41 kN;在滯回位移達(dá)到10 mm時(shí)，水平荷載為62.79 kN，此時(shí)正向加載面距墩底32 cm處的水平裂縫寬度達(dá)0.2 mm;滯回位移18 cm時(shí)，墩底主筋屈服;滯回位移最終加載至100 mm時(shí)，承載力低于最大承載力的85%，此時(shí)立柱西北柱角混凝土剝落高度達(dá)45 cm，東西兩側(cè)柱底混凝土保護(hù)層均壓碎剝落，箍筋及主筋均外露。試件最終破壞形態(tài)如圖8所示。

裝配式試件在滯回位移達(dá)到6 mm時(shí)墩身開始出現(xiàn)細(xì)微裂縫，此時(shí)水平荷載為44 kN;滯回位移達(dá)到10 mm時(shí)，UHPC連接段上接縫處開裂寬度達(dá)0.2 mm，此時(shí)水平荷載為70.60 kN;滯回位移18 mm時(shí)，加載面墩底主筋屈服;滯回位移最終加載至110 mm時(shí)，由于墩柱整體傾斜角度過大，出于安全考慮，未繼續(xù)加載，試驗(yàn)結(jié)束，此時(shí)UHPC連接段上、下接縫處開展較大，并伴有少量混凝土剝落，立柱東北柱角底部有少量UHPC壓碎，立柱東側(cè)底部UHPC部分壓碎。試件破壞形態(tài)如圖9所示。

裝配式試件與整體式試件均在6 mm荷載等級(jí)時(shí)首次開裂，但此時(shí)裝配式試件的水平荷載略大于整體式試件，其原因在于墩底UHPC抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于普通混凝土，并且UHPC墩周連接裝配式橋墩的接縫處連接效果好，故在裝配式橋墩塑性鉸區(qū)域首次開裂時(shí)荷載略高于整體式橋墩。

1.3.3 擬靜力試驗(yàn)結(jié)果

整體現(xiàn)澆試件和UHPC墩周連接裝配式試件滯回曲線對(duì)比如圖10所示。從圖10來看，兩試件滯回環(huán)均為弓形，表明UHPC墩周連接裝配式試件屬于“等同現(xiàn)澆體系”橋墩，耗能性能良好。

兩試件骨架曲線對(duì)比如圖11所示。從圖11來看，在試驗(yàn)前期兩試件骨架曲線圖基本重合，但在試驗(yàn)后期，整體現(xiàn)澆試件承載能力下降速度明顯比裝配式試件快。這是因?yàn)檎w現(xiàn)澆試件側(cè)向承載能力受立柱底部混凝土剝落影響較大，而裝配式試件立柱底部塑性鉸區(qū)域的UHPC材料性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通混凝土，破壞集中于底部拼接縫處，在試驗(yàn)過程中墩底受壓破壞程度較輕。

位移延性系數(shù)是結(jié)構(gòu)的極限位移與屈服位移之比，其中屈服位移和屈服荷載根據(jù)通用屈服彎矩法確定，而極限位移取試件承載力下降至峰值承載力85%時(shí)的位移。在試驗(yàn)中，整體現(xiàn)澆試件加載至±100 mm時(shí)承載力已降至最大承載力85%以下，而UHPC墩周連接式試件的承載力在擬靜力試驗(yàn)過程中下降平緩，最大位移荷載加載至±110 mm。表2列出了兩試件的位移延性系數(shù)，可以看出：裝配式試件的位移延性系數(shù)比現(xiàn)澆式試件大46.8%，表明UHPC墩周連接裝配式試件延性性能優(yōu)于現(xiàn)澆整體式試件。

綜合來看，UHPC墩周連接裝配式橋墩的抗震性能良好，與現(xiàn)澆橋墩基本一致。

2 有限元模型建立

采用 ABAQUS軟件，對(duì)上述兩試件進(jìn)行數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證有限元模型的準(zhǔn)確性。

2.1 材料屬性

普通混凝土本構(gòu)采用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50010—2010）》［20］附錄C建議的單軸受壓及受拉表達(dá)式。

式中：d為損傷因子;σ為應(yīng)力;ε為應(yīng)變;E0為原點(diǎn)切線模量。

鋼筋本構(gòu)關(guān)系選用文獻(xiàn)［24］開發(fā)的Clough模型子程序。Clough模型為退化雙線性模型，當(dāng)荷載超過構(gòu)件屈服強(qiáng)度后，卸載時(shí)發(fā)生剛度退化現(xiàn)象，如圖12所示。圖中fy為鋼筋的抗拉屈服強(qiáng)度;本文鋼筋初始彈性模量Es=2.06×105 MPa，強(qiáng)化階段彈性模量E′s=0.01Es。

2.2 單元選取與邊界條件

2.2.1 單元選取

普通混凝土和UHPC采用C3D8R單元，鋼筋材料采用T3D2桁架單元。綜合考慮計(jì)算效率和分析精度，裝配式試件立柱網(wǎng)格尺寸設(shè)置為15 cm，UHPC網(wǎng)格尺寸設(shè)置為6 cm;整體式試件立柱網(wǎng)格尺寸設(shè)置為10 cm。兩試件網(wǎng)格劃分如圖13所示。

2.2.2 接觸設(shè)置與邊界條件

在試驗(yàn)中，試件使用錨桿固定于地面，因此在模型中將承臺(tái)底部設(shè)置為完全固定約束。鋼筋和混凝土采用分離式建模，使用內(nèi)置區(qū)域約束，忽略鋼筋與混凝土的滑移，使二者共同變形。對(duì)于整體現(xiàn)澆試件，立柱與承臺(tái)為一體澆筑，故立柱底部與承臺(tái)頂面的接觸面采用綁定約束;對(duì)于UHPC墩周連接裝配式試件，由于立柱底部與承臺(tái)存在拼接縫，故接觸面切向采用庫侖摩擦模型，摩擦系數(shù)取0.6，法向采用“硬接觸”，允許接觸面分離，模擬試驗(yàn)中拼接縫的開合。圖14為有限元模型濕接縫處局部圖。

模型加載與試驗(yàn)一致，軸力為376 kN，均勻施加于墩頂;水平力采用控制位移加載，每個(gè)荷載等級(jí)循環(huán)一次。

3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

3.1 損傷對(duì)比

圖15為兩試件有限元模型在模擬加載結(jié)束后的受壓損傷云圖與實(shí)際試驗(yàn)損傷情況對(duì)比。從圖中可以看出整體式試件立柱底部損傷較為嚴(yán)重，而裝配式試件立柱底部損傷輕微，其損傷主要集中于柱角處以及UHPC連接段上下接縫處，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致，模型中立柱損傷最大位置出現(xiàn)在墩底榫頭部分。

3.2 抗震性能對(duì)比

建立整體現(xiàn)澆試件和裝配式試件ABAQUS三維有限元模型，通過擬靜力分析得到兩試件數(shù)值模擬滯回曲線和骨架曲線，并將其與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比（圖16、17）。

從圖16、17可以看出，墩頂水平荷載到達(dá)最大值之前，兩試件模擬結(jié)果吻合程度較高，尤其是正向加載，兩試件骨架曲線的模擬值與試驗(yàn)值基本一致。由于墩身在實(shí)際加載過程中兩側(cè)損傷不完全一致，導(dǎo)致隨水平位移荷載的增大構(gòu)件負(fù)向承載力試驗(yàn)值大于模擬值，文獻(xiàn)［25］和［26］的試驗(yàn)滯回曲線和數(shù)值模擬滯回曲線對(duì)比中均出現(xiàn)此現(xiàn)象。

經(jīng)計(jì)算，兩試件側(cè)向峰值承載力模擬值與試驗(yàn)值誤差不到3%，極限承載力誤差在10%左右;兩試件水平等效剛度模擬值與試驗(yàn)值平均誤差分別為整體式7.5%、裝配式5.7%;兩試件屈服位移的模擬值與試驗(yàn)值對(duì)比，整體式試件誤差約為11.0%，裝配式試件誤差約為5.1%。

從滯回曲線、骨架曲線，以及剛度、屈服位移等抗震性能指標(biāo)模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比來看，所建立的ABAQUS有限元模型基本可以反映構(gòu)件的實(shí)際抗震性能，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行抗震性能影響參數(shù)分析。

4 抗震性能影響參數(shù)分析

為了深入研究軸壓比、長(zhǎng)細(xì)比、UHPC連接段高度和縱筋配筋率的變化對(duì)裝配式橋墩抗震性能的影響，基于ABAQUS有限元軟件，在擬靜力試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用控制變量法對(duì)UHPC墩周連接裝配式橋墩的抗震性能影響參數(shù)進(jìn)行研究。

4.1 軸壓比

為探究不同軸壓比對(duì)UHPC墩周連接裝配式橋墩抗震性能的影響，對(duì)0.10、0.15、0.20、0.25、0.30五種軸壓比下裝配式橋墩的抗震性能進(jìn)行比較。不同軸壓比下裝配式試件的骨架曲線如圖18所示，圖19為不同軸壓比對(duì)裝配式試件最大承載力和殘余位移的影響。

從圖中可以看出，軸壓比的大小是裝配式橋墩抗震性能的重要影響因素。隨著裝配式橋墩豎向軸壓力的增大，其水平承載能力顯著提升，水平剛度也在增強(qiáng)，當(dāng)軸壓比為0.3時(shí)，橋墩的峰值荷載與初始剛度相較軸壓比為0.1時(shí)分別提升47.67%和3.46%。軸壓比的變化對(duì)橋墩殘余位移的影響較大，在110 mm滯回位移加載下，軸壓比0.3時(shí)橋墩的殘余位移僅為軸壓比0.1時(shí)的21.08%，但是軸壓比的增大使得承載力下降速度明顯加快。

4.2 長(zhǎng)細(xì)比

在截面尺寸不變的前提下，將立柱模型高度2.0 m和2.5 m加入對(duì)比，分別分析長(zhǎng)細(xì)比為15、17、19時(shí)模型在水平往復(fù)荷載下的抗震性能。不同長(zhǎng)細(xì)比的裝配式試件模型滯回曲線如圖20所示，骨架曲線如圖21所示。

從圖中可以看出，長(zhǎng)細(xì)比的變化對(duì)UHPC墩周連接裝配式橋墩抗震性能的影響較為明顯。長(zhǎng)細(xì)比越大，滯回環(huán)面積越小，說明其耗能能力越差;長(zhǎng)細(xì)比對(duì)承載力和剛度也具有較大影響，長(zhǎng)細(xì)比15時(shí)橋墩的水平承載力相較長(zhǎng)細(xì)比19時(shí)高出33.48%，初始剛度高出86.04%，但長(zhǎng)細(xì)比對(duì)剛度退化率影響不大，三種長(zhǎng)細(xì)比的橋墩承載力曲線均較平緩。

4.3 UHPC連接段高度

在試件制作時(shí)考慮鋼筋搭接長(zhǎng)度和施工誤差的影響，UHPC連接段高度確定為22 cm，另建立UHPC連接段高度分別為30 cm和40 cm的 ABAQUS有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬。不同UHPC連接段高度的裝配式試件滯回曲線如圖22所示，骨架曲線如圖23所示。

從圖中可以看出，UHPC連接段高度對(duì)裝配式橋墩抗震性能影響較小。隨著UHPC連接段高度增加，結(jié)構(gòu)累積滯回耗能、水平等效剛度、水平承載能力略有提升。從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，本文研究的裝配式橋墩不需要過高的UHPC連接段，只需滿足內(nèi)部鋼筋搭接長(zhǎng)度不小于10倍鋼筋直徑即可保證試件可靠連接。

4.4 縱筋配筋率

所述裝配式橋墩結(jié)構(gòu)縱筋分為預(yù)制立柱縱筋和承臺(tái)預(yù)埋搭接鋼筋兩部分，需研究二者的直徑變化對(duì)裝配式橋墩試件產(chǎn)生的影響。作為對(duì)比，分別將立柱縱筋直徑和搭接鋼筋直徑增加至20 mm，即配筋率由1.01%增加至1.57%，建立相關(guān)模型并進(jìn)行數(shù)值模擬。不同配筋情況下裝配式試件的滯回曲線如圖24所示，骨架曲線如圖25所示。

從圖中可以看出，承臺(tái)搭接鋼筋配筋率變化對(duì)裝配式橋墩抗震性能的影響較明顯，立柱縱筋配筋率變化對(duì)試件抗震性能的影響較小。當(dāng)搭接鋼筋配筋率由1.01%增至1.57%時(shí)，試件水平承載能力和殘余位移相比原配筋試件提升明顯；當(dāng)立柱縱筋配筋率由1.01%增至1.57%時(shí)，僅滯回環(huán)飽滿程度有微小提升，試件的抗震性能提升不明顯。

5 結(jié)論

本文提出一種UHPC墩周連接裝配式橋墩結(jié)構(gòu)，制作相應(yīng)裝配式縮尺模型試件和現(xiàn)澆式縮尺模型試件;通過對(duì)比裝配式試件和整體式試件的擬靜力試驗(yàn)結(jié)果和破壞現(xiàn)象，研究UHPC墩周連接裝配式橋墩的抗震性能;最后利用ABAQUS軟件對(duì)裝配式橋墩抗震性能的影響參數(shù)進(jìn)行比較分析。通過研究，得出如下結(jié)論：

（1） 從擬靜力試驗(yàn)結(jié)果來看，二者的滯回曲線均表現(xiàn)出弓形滯回曲線特征;對(duì)滯回曲線及骨架曲線進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)裝配式試件的側(cè)向承載能力及自復(fù)位能力與整體現(xiàn)澆試件大體一致。總體來講，UHPC墩周連接裝配式橋墩具有良好的抗震性能，基本等同于整體現(xiàn)澆式橋墩。

（2） 利用ABAQUS軟件分別對(duì)UHPC墩周連接裝配式橋墩試件和整體式橋墩試件進(jìn)行建模分析。通過對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可知，模型損傷位置與實(shí)際試驗(yàn)損傷情況基本一致;滯回曲線模擬值與試驗(yàn)值均呈現(xiàn)弓形滯回曲線特征，數(shù)值模擬中模型骨架曲線與試驗(yàn)實(shí)測(cè)值也較為貼合。這驗(yàn)證了本文建模方法的可靠性和模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3） 利用ABAQUS軟件對(duì)可能影響UHPC裝配式橋墩抗震性能的參數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)UHPC連接段高度對(duì)裝配式橋墩抗震性能影響較小，只需保證鋼筋搭接長(zhǎng)度即可。軸壓比、立柱高度和承臺(tái)搭接鋼筋配筋率對(duì)裝配式橋墩抗震性能影響較為明顯，具體表現(xiàn)為：在軸壓比為0.1～0.3時(shí)，軸壓比越大裝配式橋墩的水平承載能力和剛度越大，同時(shí)殘余位移越小;立柱高度由2.0 m提高至2.5 m時(shí)，立柱高度越大裝配式橋墩水平承載能力和累積滯回耗能越小;承臺(tái)搭接鋼筋配筋率由1.01%增至1.57%時(shí)，裝配式橋墩水平承載能力和殘余位移相比原配筋試件有較明顯的提升。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］金龍.整體拼裝式自復(fù)位橋墩抗震性能研究及改進(jìn)［D］.北京：北京交通大學(xué)，2019.

JIN Long.Research and improvement on seismic performance of integral assembled self－resetting pier［D］.Beijing：Beijing Jiaotong University，2019.

［2］中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：JTG/T 2231－01—2020［S］.北京：人民交通出版社，2020.

Ministry of Transport of the People's Republic of China.Specifications for seismic design of highway bridges：JTG/T 2231－01—2020［S］.Beijing：China Communications Press，2020.

［3］蘭海燕.預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩抗震性能研究現(xiàn)狀［J］.公路交通技術(shù)，2012，28（6）：38－42.

LAN Haiyan.Status quo of research on seismic performance of precast segmental assembly piers［J］.Technology of Highway and Transport，2012，28（6）：38－42.

［4］AMELI M J，PARKS J E，BROWN D N，et al.Seismic evaluation of grouted splice sleeve connections for reinforced precast concrete column－to－cap beam joints in accelerated bridge construction［J］.PCI Journal，2015，60（2）：80－103.

［5］徐文靖，馬骉，黃虹，等.套筒連接的預(yù)制拼裝橋墩抗震性能研究［J］.工程力學(xué)，2020，37（10）：93－104.

XU Wenjing，MA Biao，HUANG Hong，et al.The seismic performance of precast bridge piers with grouted sleeves［J］.Engineering Mechanics，2020，37（10）：93－104.

［6］葛繼平，閆興非，王志強(qiáng).灌漿套筒和預(yù)應(yīng)力筋連接的預(yù)制拼裝橋墩的抗震性能［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2018，18（2）：42－52.

GE Jiping，YAN Xingfei，WANG Zhiqiang.Seismic performance of prefabricated assembled pier with grouted sleeve and prestressed reinforcements［J］.Journal of Traffic and Transportation Engineering，2018，18（2）：42－52.

［7］OSANAI Y，WATANABE F，OKAMOTO S.Stress transfer mechanism of socket base connections with precast concrete columns［J］.ACI Structural Journal，1996，93（3）：266－276.

［8］徐艷，曾增，葛繼平，等.承插式預(yù)制拼裝橋墩的最小合理承插深度［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，47（12）：1706－1711.

XU Yan，ZENG Zeng，GE Jiping，et al.Minimum reasonable socket depth of precast pier－footing with socket connection［J］.Journal of Tongji University （Natural Science），2019，47（12）：1706－1711.

［9］韓艷，董嘉雯，王龍龍，等.承插式裝配橋墩抗震性能擬靜力試驗(yàn)與數(shù)值模擬［J］.工程抗震與加固改造，2020，42（5）：63－70.

HAN Yan，DONG Jiawen，WANG Longlong，et al.Quasi－static test and numerical simulation for seismic performance of prefabricated assemble bridge piers base on socket connection［J］.Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting，2020，42（5）：63－70.

［10］PANG J B K，EBERHARD M O，STANTON J F.Large－bar connection for precast bridge bents in seismic regions［J］.Journal of Bridge Engineering，2010，15（3）：231－239.

［11］包龍生，張遠(yuǎn)寶，桑中偉，等.波紋管連接裝配式橋墩抗震性能擬靜力試驗(yàn)與數(shù)值模擬［J］.中國公路學(xué)報(bào)，2018，31（12）：242－249.

BAO Longsheng，ZHANG Yuanbao，SANG Zhongwei，et al.Quasi－static test and numerical simulation analysis for seismic performance of fabricated assemble bridge piers base on bellows connection［J］.China Journal of Highway and Transport，2018，31（12）：242－249.

［12］葛繼平，夏樟華，江恒.灌漿波紋管裝配式橋墩雙向擬靜力試驗(yàn)［J］.中國公路學(xué)報(bào)，2018，31（12）：221－230，266.

GE Jiping，XIA Zhanghua，JIANG Heng.Biaxial quasi－static experiment of precast segmental bridge piers with grouting corrugated pipe connection［J］.China Journal of Highway and Transport，2018，31（12）：221－230，266.

［13］莫金生，馬骉，張潔，等.UHPC連接節(jié)段拼裝橋墩擬靜力試驗(yàn)［J］.結(jié)構(gòu)工程師，2018，34（增刊1）：88－95.

MO Jinsheng，MA Biao，ZHANG Jie，et al.Quasi－static testing of prefabricated assembly pillars connected with UHPC［J］.Structural Engineers，2018，34（Suppl01）：88－95.

［14］李本遠(yuǎn).多級(jí)耗能后張預(yù)應(yīng)力筋節(jié)段拼裝墩的抗震性能研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2020.

LI Benyuan.Study on seismic performance of multi－stage energy dissipation post－tensioned prestressed reinforcement segmental assembled pier［D］.Beijing：Beijing Jiaotong University，2020.

［15］ICHIKAWA S，MATSUZAKI H，MOUSTAFA A，et al.Seismic－resistant bridge columns with ultrahigh－performance concrete segments［J］.Journal of Bridge Engineering，2016，21（9）：04016049.

［16］TAZARV M，SAIIDI M S.UHPC－filled duct connections for accelerated bridge construction of RC columns in high seismic zones［J］.Engineering Structures，2015，99：413－422.

［17］TAZARV M，SAIIDI M S.Design and construction of UHPC－filled duct connections for precast bridge columns in high seismic zones［J］.Structure and Infrastructure Engineering，2017，13（6）：743－753.

［18］MOHEBBI A，SAIIDI M S，ITANI A M.Shake table studies and analysis of a PT－UHPC bridge column with pocket connection［J］.Journal of Structural Engineering，2018，144（4）：04018021.

［19］趙建鋒，孫偉帥，李剛.不同軸壓比鋼筋混凝土圓柱橋墩地震易損性分析［J］.世界地震工程，2018，34（4）：31－37.

ZHAO Jianfeng，SUN Weishuai，LI Gang.Seismic vulnerability analysis of cylindrical RC bridge piers with different axial compression ratios［J］.World Earthquake Engineering，2018，34（4）：31－37.

［20］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50010—2010［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

Ministry of Housing and Urban－Rural Development of the People's Republic of China.Code for design of concrete structures：GB 50010—2010［S］.Beijing：China Architecture & Building Press，2011.

［21］單波.活性粉末混凝土基本力學(xué)性能的試驗(yàn)與研究［D］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2002.

SHAN Bo.Experiment and research on basic mechanical properties of reactive powder concrete［D］.Changsha：Hunan University，2002.

［22］吳有明.活性粉末混凝土（RPC）受壓應(yīng)力－應(yīng)變?nèi)€研究［D］.廣州：廣州大學(xué)，2012.

WU Youming.Study of the reactive powder concrete （RPC） about compressive stress－strain curve［D］.Guangzhou：Guangzhou University，2012.

［23］張哲，邵旭東，李文光，等.超高性能混凝土軸拉性能試驗(yàn)［J］.中國公路學(xué)報(bào)，2015，28（8）：50－58.

ZHANG Zhe，SHAO Xudong，LI Wenguang，et al.Axial tensile behavior test of ultra high performance concrete［J］.China Journal of Highway and Transport，2015，28（8）：50－58.

［24］方自虎，甄翌，李向鵬.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋滯回模型［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2018，51（7）：613－619.

FANG Zihu，ZHEN Yi，LI Xiangpeng.Steel hysteretic model of reinforced concrete structures［J］.Engineering Journal of Wuhan University，2018，51（7）：613－619.

［25］布占宇，吳威業(yè).預(yù)制拼裝混凝土橋墩抗震性能擬靜力循環(huán)加載試驗(yàn)［J］.建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，32（1）：42－50.

BU Zhanyu，WU Weiye.Experiment on seismic behavior of precast segmental concrete bridge piers under quasi static cyclic loading［J］.Journal of Architecture and Civil Engineering，2015，32（1）：42－50.

［26］王文煒，周暢，薛彥杰，等.外置耗能鋼板預(yù)制拼裝橋墩抗震性能研究［J］.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，47（9）：57－68.

WANG Wenwei，ZHOU Chang，XUE Yanjie，et al.Research on seismic performance of prefabricated bridge piers with external energy－dissipation plates［J］.Journal of Hunan University （Natural Sciences），2020，47（9）：57－68.

（本文編輯：趙乘程）

收稿日期：2022-06-17

基金項(xiàng)目：山東省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（2020B69，2022B06）;山東省企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目（202250101726）

第一作者簡(jiǎn)介：王寧寧，男，山東濟(jì)南人，高級(jí)工程師，主要研究橋梁抗震加固與快速施工。E－mail：947745530@qq.com。