设置SMA杆自复位桥墩抗震性能研究
发布时间：2020-03-23 10:13
【摘要】：震害调查显示:震后桥墩产生较大的残余位移是桥梁主要震害之一。自复位桥墩在墩柱和基础间设置接缝,同时,在接缝处设置一定数量的耗能组件和复位组件,在强震作用下,墩柱的变形集中在接缝处,耗能组件和复位组件分别为桥墩提供耗能能力和复位能力。新型材料形状记忆合金(SMA)作为具有超弹性性能的材料受到广大研究者的关注,根据以往研究显示,形状记忆合金和普通钢筋的屈服应力大致相同,可恢复应变为6%~8%,因此,形状记忆合金可作为理想的振动控制材料。基于自复位桥墩优良的抗震性能和形状记忆合金的超弹性性能,提出了设置SMA杆的自复位桥墩,在理论上分析了往复荷载下桥墩的受力性能,在OpenSees软件中选取合理的单元和本构关系,建立桥墩模型,通过拟静力和动力时程分析其抗震性能。主要研究内容及成果如下:(1)简要介绍了国内外自复位桥墩的发展历史,论证了地震中自复位桥墩的优势。提出了设置SMA杆自复位桥墩并介绍其结构构造,对设置SMA杆自复位桥墩的力学机理进行理论分析。(2)利用OpenSees平台建立SMA材料拉伸模型和自复位桥墩模型并分析,对比国内已有试验,说明建模方法的正确性,其后,提出设置SMA杆自复位桥墩的数值模型。本文建立3种桥墩模型,比较分析了各模型在拟静力分析下的滞回曲线、残余变形、结构刚度等性能,结果表明:设置SMA杆自复位桥墩的滞回曲线饱满、能耗较高、残余变形小,复位能力强。(3)选取抗震性能良好的SMA-SC桥墩进行参数分析,改变模型的轴压比、配筋率、剪跨比、SMA杆直径、SMA杆位置、钢柱直径等参数,揭示桥墩性能对各参数的敏感性,结果表明:轴压比、耗能钢筋配筋率、剪跨比、SMA杆直径,钢柱直径等参数对桥墩的性能影响较大。(4)选取3条近断层地震动,对优化的设置SMA杆自复位桥墩进行动力时程分析,提取桥墩中SMA杆最大应力及变形、墩顶最大位移和残余位移等指标,结果表明:设置SMA杆自复位桥墩在近断层地震动下保持良好的复位能力,但桥墩的水平位移较大,应采取措施控制。
【图文】：
长安大学硕士学士论文第一章 绪论.1 引言我国地震灾害发生频繁，地震烈度为 6 度或者 6 度以上的区域在全国各个省份分布。根据已发地震统计，地震具有以下特点：频率高、强度大、经济损失严重等汶川地震为例，汶川发生的 8.0 级地震造成大量的人员伤亡和严重的经济损失，其中于桥梁震害造成交通中断而引起的损失不容忽视。因此，桥梁作为重要的交通枢纽后受损情况一直以来是人们关注的重点[1,2]。震害调查显示：在地震作用下，桥梁上部结构发生直接破坏的情况较少，而桥墩台的破坏情况比较严峻[3]。桥墩震害可能会导致桥梁产生整体失稳甚至发生桥梁整塌的情况。桥墩破坏常见的表现形式：混凝土的压碎剥落，钢筋的裸露、断裂、屈[4,5,6]，如图 1.1 所示，因此，震后桥墩的性能可以有效反映桥梁整体的抗震性。
复研究和试验，首次提出了摇摆的概念，其试验结果被 FEMA356 规范采iestley、Alsam、Chen、Palermo 等[26,27,28,29]分别对摇摆结构进行了理论和现摇摆结构的滞回曲线呈现旗帜型，进一步得到在各个阶段摇摆结构的侧粘滞阻尼系数，试验结果表明，墩柱的轴向力和墩柱基底的剪力小于预期通过墩底和基础的反复碰撞耗散地震能量，因此，，应该避免基础撞击部分81 年，新西兰 South Rangitikei Rail Bridge 使摇摆桥墩在工程中得到实现耗能装置如图 1.2 所示，在桥墩和桩顶间设置间隙，两者通过剪力销相连的上部设置耗能件，用于桥墩耗散地震能量。由于摇摆结构存在倾覆和滑稳定性较难保证，为了解决结构的稳定问题，出现了柱底固结的预应力桥tar 和 Mutsuyoshi[30]对 RC 桥墩柱设置无粘结预应力钢束，形成墩底固结，他们对 7 个预应力 RC 桥墩进行了拟静力试验，表明墩底固结的预应力降低结构的残余位移和裂缝的宽度，桥墩底部仍旧存在混凝土的压碎、钢，同时，墩底固结的预应力桥墩的耗能能力比 RC 桥墩小。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U442.55
本文编号：2596580
【图文】：
长安大学硕士学士论文第一章 绪论.1 引言我国地震灾害发生频繁，地震烈度为 6 度或者 6 度以上的区域在全国各个省份分布。根据已发地震统计，地震具有以下特点：频率高、强度大、经济损失严重等汶川地震为例，汶川发生的 8.0 级地震造成大量的人员伤亡和严重的经济损失，其中于桥梁震害造成交通中断而引起的损失不容忽视。因此，桥梁作为重要的交通枢纽后受损情况一直以来是人们关注的重点[1,2]。震害调查显示：在地震作用下，桥梁上部结构发生直接破坏的情况较少，而桥墩台的破坏情况比较严峻[3]。桥墩震害可能会导致桥梁产生整体失稳甚至发生桥梁整塌的情况。桥墩破坏常见的表现形式：混凝土的压碎剥落，钢筋的裸露、断裂、屈[4,5,6]，如图 1.1 所示，因此，震后桥墩的性能可以有效反映桥梁整体的抗震性。
复研究和试验，首次提出了摇摆的概念，其试验结果被 FEMA356 规范采iestley、Alsam、Chen、Palermo 等[26,27,28,29]分别对摇摆结构进行了理论和现摇摆结构的滞回曲线呈现旗帜型，进一步得到在各个阶段摇摆结构的侧粘滞阻尼系数，试验结果表明，墩柱的轴向力和墩柱基底的剪力小于预期通过墩底和基础的反复碰撞耗散地震能量，因此，，应该避免基础撞击部分81 年，新西兰 South Rangitikei Rail Bridge 使摇摆桥墩在工程中得到实现耗能装置如图 1.2 所示，在桥墩和桩顶间设置间隙，两者通过剪力销相连的上部设置耗能件，用于桥墩耗散地震能量。由于摇摆结构存在倾覆和滑稳定性较难保证，为了解决结构的稳定问题，出现了柱底固结的预应力桥tar 和 Mutsuyoshi[30]对 RC 桥墩柱设置无粘结预应力钢束，形成墩底固结，他们对 7 个预应力 RC 桥墩进行了拟静力试验，表明墩底固结的预应力降低结构的残余位移和裂缝的宽度，桥墩底部仍旧存在混凝土的压碎、钢，同时，墩底固结的预应力桥墩的耗能能力比 RC 桥墩小。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U442.55
【参考文献】
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1 包龙生;王娟;于玲;;后张无粘结预应力装配式桥墩抗震性能分析[J];沈阳建筑大学学报(自然科学版);2014年03期
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本文编号：2596580
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