基于墩柱和摩擦摆支座劣化的近海隔震桥梁抗震性能研究

发布时间：2018-03-21 09:33

本文选题：近海隔震桥梁　切入点：钢筋混凝土劣化　出处：《广州大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来,随着我国经济发展水平的提高和区域间合作交流的加强,我国沿海地区兴建了多座近海桥梁工程。采用隔震装置的桥梁能够有效抵御地震作用的损害,保证桥梁上部结构的安全,并对地震后交通运输的正常运行发挥了重要作用,因此近海隔震桥梁得到了越来越广泛的应用。然而,近海桥梁工程会经历长期复杂的海洋环境,其超长、大跨的特点也在突发地震的作用下面临着严峻的威胁。近海地区的海洋环境复杂特殊,可能会对桥梁结构产生腐蚀等劣化作用,对桥梁结构的安全性能产生不利的影响。为研究近海腐蚀环境在全寿命服役期内对近海隔震桥梁抗震性能的影响,本文拟考虑钢筋混凝土墩柱内纵筋、箍筋和混凝土的劣化效应,并考虑摩擦摆隔震支座在海洋环境中的劣化效应,建立不同服役期、不同劣化因素的隔震桥梁模型,采用抗震能力、地震响应和易损性曲线三个方法对摩擦摆支座近海隔震桥梁的抗震性能进行评估,主要研究内容如下:1、建立钢筋混凝土墩柱的整体劣化模型:总结国内外对钢筋混凝土性能劣化的研究现状,桥梁钢筋混凝土墩柱内纵筋的锈蚀采用坑蚀模型进行计算;根据相关人工加速腐蚀试验得到的箍筋锈蚀率和纵筋锈蚀率实验数据,建立箍筋锈蚀率随纵筋锈蚀率的变化规律;箍筋锈蚀后会降低对核心混凝土的约束作用,根据箍筋的性能劣化可计算得到核心混凝土性能劣化后的大小;通过相关计算公式可确定保护层混凝土力学性能随腐蚀时间的变化规律。在钢筋混凝土墩柱的性能劣化分析中,综合考虑纵筋、箍筋、保护层混凝土和核心混凝土的劣化作用,建立了钢筋混凝土墩柱的整体劣化模型。2、提出摩擦摆隔震支座的劣化规律:根据课题组前期对摩擦摆隔震支座进行的人工加速腐蚀试验的数据结果,对干湿循环试验和周期盐雾试验分别模拟的大气区和浪溅区试验数据进行拟合,提出了摩擦摆隔震支座静、动摩擦系数随劣化时间的变化规律,并将试验数据拟合结果应用于本文的研究中,可计算出摩擦摆隔震支座摩擦系数在服役期120年内的变化值。3、基于钢筋混凝土墩柱劣化的桥梁抗震能力分析:采用Midas/Civil软件建立近海隔震桥梁非线性分析模型,桥梁墩柱采用弹塑性纤维梁柱单元进行模拟。分别考虑桥梁墩柱内纵筋、箍筋和混凝土单独及耦合劣化模型,建立每隔15年服役期的隔震桥梁劣化模型,对不同劣化因素、不同服役时间点的桥梁模型进行弯矩—曲率分析分析钢筋混凝土墩柱内纵筋、箍筋和混凝土单独及耦合劣化模型对墩柱抗震能力的影响。4、基于桥梁墩柱和摩擦摆支座劣化的地震响应分析:分别考虑墩柱内纵筋、箍筋和混凝土单独及耦合劣化模型,并考虑摩擦摆支座单独劣化模型以及与墩柱共同劣化模型,对各桥梁劣化模型分别建立7条地震波、三个峰值加速度(0.2g、0.4g和0.6g)和9个劣化时间点的共计189个分析模型,分析桥梁在纵向地震波作用下桥梁墩柱和支座在顺桥向的地震响应,揭示了墩柱劣化和摩擦摆支座劣化对桥梁地震响应的影响规律,确保桥梁在使用寿命期内的安全性。5、基于桥梁墩柱和摩擦摆支座劣化的易损性分析:总结时程分析时地震波的选取要求,选取符合场地要求的20条地震波。考虑支座摩擦系数、坑蚀系数、钢筋屈服强度和混凝土抗压强度等主要因素的随机性,采用拉丁超立方体抽样方法进行抽样,与地震波形成一一对应的20个地震波—样本模型。综合考虑桥梁墩柱和摩擦摆支座共同劣化模型,分别计算每个样本模型服役60年和120时的劣化参数。采用IDA的分析方法,峰值加速度从0.1g增加到0.8g,间隔0.1g,共计480次非线性时程分析。桥梁墩柱的损伤指标采用可以反映耗能和变形的双参数指标Park-Ang损伤指标D,摩擦摆支座采用反映变形的支座位移为损伤指标。建立桥梁结构需求和地震动强度指标PGA之间的概率地震需求模型,通过计算墩柱和支座的易损性曲线,分析了墩柱和支座在全寿命服役期内超越概率的变化规律,为近海隔震桥梁的全寿命分析奠定了基础,并为其投资建设和加固维修提供科学依据。
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【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U442.55

【参考文献】