基于全寿命周期的近海钢筋混凝土桥梁结构抗震性能分析

发布时间：2019-03-10 19:44

【摘要】：在工程结构抗震领域,生命线工程是最为重要的一环,尤其是桥梁结构这种承载着社会经济命脉的交通枢纽,在工程结构中的地位越发重要。经过多年飞速发展,我国在役钢筋混凝土桥梁结构数量已十分庞大,但是按照传统设计理念设计出来的桥梁结构往往只关注其建成初期的安全运营,忽略了其全寿命周期的性能退化问题,从而导致相当多的桥梁结构不能很好的完成其预期使用功能。特别是对于近海钢筋混凝土桥梁结构这种服役环境较为恶劣的生命线工程,保证其在强地震作用下的安全运营是整个防震减灾系统工程中的关键一环。本文采用理论研究与数值模拟相结合的方法,通过静力与动力非线性分析方法,考虑在役近海钢筋混凝土桥梁结构全寿命周期的性能特点,对其抗震性能进行了分析研究。主要研究内容如下： (1)针对钢筋锈蚀及地震损伤影响下在役桥梁结构的抗震性能展开了研究,主要采用损伤构件塑性铰模型模拟上述影响因素作用下构件的性能退化规律及其非线性行为；此外,对在役桥梁结构后续使用期内地震作用取值进行研究,并基于与桥梁结构设计阶段地震作用水平等超越概率的原则,给出了相应后续使用期地震作用取值方法；综合考虑上述两个方面,采用静力非线性分析方法对其抗震性能进行了分析研究。 (2)基于拟力法基本理论,对桥梁结构双向地震作用下的动力非线性分析方法展开了研究；对钢筋混凝土桥墩的弯剪耦合作用进行研究,并基于强度交互曲线及滞回模型建立了双轴弯曲及剪切局部塑性机制,能够模拟钢筋混凝土桥墩的刚度退化、强度退化及捏拢效应等行为；建立了桥梁结构动力分析模型,该分析模型将结构质量集中于节点处,并在桥墩处设置上述局部塑性机制以模拟其非线性反应；由于结构刚度矩阵在整个分析过程中保持不变,其运动方程宜采用状态空间法求解,使得在显著提高计算效率的同时保证了分析的稳定性。 (3)对钢筋混凝土桥梁结构地震损伤分析方法展开了研究；基于连续损伤力学及断裂力学基本理论,对钢筋混凝土构件端部开裂损伤的演化规律进行了研究,并建立了局部损伤机制以模拟由损伤产生的刚度退化现象,该局部损伤机制设置于桥墩端部；由于引入损伤变量,在对钢筋混凝土桥梁结构进行动力非线性分析时,能够实时反映其损伤状态,并能够得到考虑地震损伤影响的结构非线性反应。 (4)对近海钢筋混凝土桥梁结构全寿命周期的抗震性能进行了研究；基于氯离子腐蚀作用模型,对混凝土中钢筋锈蚀机理及过程展开了研究,并结合本文提出的双轴局部塑性机制,建立了可考虑钢筋锈蚀影响的双轴局部塑性机制；针对在役期间曾遭受地震作用的桥梁结构,通过对其所遭受的地震作用过程进行模拟,可在钢筋锈蚀双轴局部塑性机制的基础上考虑地震损伤的影响；将上述双轴局部塑性机制与拟力法基本理论结合,可对近海钢筋混凝土桥梁结构全寿命周期的抗震性能进行较为全面的评估。
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【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U442.55;U448.34

【参考文献】