混凝土桥墩双塑性铰研究

发布时间：2020-06-16 16:34

【摘要】：国内外震害调查表明,混凝土桥墩的损伤失效是桥梁震害的一种主要形式,桥墩的破坏会造成桥梁上部结构倒塌,严重阻碍了震后救援工作及灾后恢复工作。混凝土桥墩一般在墩底形成塑性铰,塑性铰的转动变形能力对桥墩的抗震性能影响显著。为了提高桥墩在强震下的非弹性变形量,本文创新性提出了一种在桥墩下部具有双塑性铰破坏机制的新型桥墩,通过模型试验和有限元模拟计算研究了双塑性铰的形成过程和桥墩的抗震能力,主要研究工作包括以下几个方面:(1)分析了混凝土桥墩震害形式、抗震性能评价方法、FRP在工程的应用等研究现状,据此提出了一种混合配筋下双塑性铰混凝土桥墩,并根据试验方案进行了反力架改造设计,测量了钢筋及混凝土的材性试验,确定了试验内容及加载方式。(2)设计制作了3个混凝土桥墩模型试件。模型试件总高度3.5m,加载高度为2.7m,方形截面尺寸为250mm×250mm。试件D采用传统普通钢筋配筋,C、E试件采用GFRP筋和普通钢筋混合配筋方式,其中GFRP筋配置高度分别为1m、0.7m,以研究混合配筋中GFRP不同高度对双塑性铰形成的影响。(3)对模型桥墩进行了推覆(pushover)试验,记录了试验过程中桥墩的裂缝开展和试件的破坏情况,观察墩柱塑性铰形成的区域、过程以及裂缝宽度,通过双通道作动器采集了侧向力以及加载位移数据,通过应变片、位移计、NDI分别采集了桥墩的应变、位移等数据,进而得到截面曲率沿墩高的变化规律曲线。(4)结合各墩柱剪力—位移曲线、裂缝宽度沿墩高分布曲线、曲率和转角沿墩高分布曲线,通过理论公式分别计算了单、双塑性铰的转角延性和位移延性,讨论了单双塑性铰的变形能力和承载能力。(5)利用有限元软件ABAQUS基于PQ-fiber子程序进行了非线性数值模拟,得到了桥墩的pushover曲线,模拟结果与实验基本吻合,最后根据筋材应变沿墩高的分布,得到形成双塑性铰时GFRP筋极限应变利用率。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U443.22
【图文】：

弯曲破坏,桥墩

混凝土桥墩双塑性铰研究1）弯曲破坏一般包括混凝土剥落、纵筋的屈服、混凝土压溃三个阶段，在此种模下的钢筋混凝土桥墩，纵向受力筋先达到屈服，极限变形发生在屈服之后，具有塑性动能力强、位移延性系数大属于延性破坏[2]。如图 1-1，1995 年阪神地震（Hanshi-Awadaishinsai）发生弯曲破坏，左图桥墩箍筋约束不足，墩底纵筋焊接接头破坏。右图桥约束箍筋配置不足，混凝土保护层严重剥落，核心混凝土被压碎。

钢筋混凝土桥墩,剪切破坏

3(c) 美国 Mission-Gothic 桥喇叭形柱墩 d）美国 Mission-Gothic 桥柱式墩图 1-2 钢筋混凝土桥墩剪切破坏3）弯剪破坏处于弯曲及剪切破坏之间，破坏前呈现一定的延性。5.12 汶川大地震中，回澜立交桥遭受严重的破坏，其中 C 匝道桥 2 号墩发生严重的弯剪破坏（图 1-3），从图中看到破坏发生在柱顶，顶部核心混凝土压溃，纵向受力筋及预应力波纹管筋屈曲，横向钢筋被拉断，剪切破坏沿桥的切向，图 1-4 中上部箱梁横向断裂[4][5]。

【参考文献】