水平和竖向地震耦合作用下混凝土梁桥桥墩抗震性能试验研究

发布时间：2020-11-14 01:45

　　 地震的宏观现象表明,竖向地震效应在高烈度区表现更为明显。1989年美国络玛·普里埃塔(Loma Prieta)地震,7级,Struve Slough桥的桥墩与盖梁分离并击穿桥面,水平向加速度0.39g,竖向加速度0.66g。2008年汶川地震,8级,《公路工程抗震设计规范》(JTG B02-2013)指出,断裂带区域竖向地震作用明显,百花大桥、顺河桥、小鱼洞桥是由于竖向和水平地震作用导致强度破坏,最终结构倒塌。由上述破坏现象及相关规范可知,研究竖向和水平地震耦合作用下桥梁墩柱的抗震性能是必要的,耦合作用下墩柱的轴力变化剧烈,是影响其抗震性能的重要因素。根据嘉绍桥北引桥在竖向和水平双向作用下的弹塑性分析,提取桥墩墩顶的轴向力和水平位移关系曲线,简化为竖向轴力和水平位移按线性比例变化的加载路径进行试验,加载参数为角位移最大值2.8%、轴压比变化范围0.05~0.25,正向位移增大时轴力增大,负向位移增大时轴力减小,位移和轴力同步变化。通过自编程序控制电液伺服作动器完成上述加载路径,竖向作动器力控制实现变轴力,水平作动器位移控制,两台作动器按比例同步加载。制作6个矩形截面混凝土墩柱模型,1个承受恒定轴力、5个承受变轴力,考虑纵筋配筋率、体积配箍率、剪跨比的变化,研究滞回曲线、裂缝分布、骨架线、位移延性系数、残余变形、耗能能力,分析参数变化对试件抗震性能的影响。试验表明,轴力对水平裂缝和斜裂缝有约束作用,限制它们的发展,但加速了竖向裂缝发展。试件最终的破坏状态是最大轴力控制,即角部受压区竖向裂缝发展使两侧混凝土不对称剥落,竖向轴力与新的截面形心偏心距突然增大,致试件平面外失稳破坏。纵筋配筋率、体积配箍率、剪跨比对变轴力墩柱的影响趋势与恒定轴力墩柱相同。根据试验数据回归得到残余变形计算公式,公式兼具美国、日本公式的特点。建立ABAQUS塑形损伤模型和OpenSees纤维模型进行数值模拟,结果表明理论值与试验值符合较好。采用性能化设计方法总结理论与试验分析结果,根据我国规范对桥梁三个性能水准的划分,变轴力墩柱以位移衡量其性能水准时可得到如下结论:(1)墩柱处于水平、竖向地震作用以不坏或轻微损坏(水准1或水准2)为标准验算其性能水准时,可取变轴力墩柱的最小轴力为恒定轴力计算。(2)墩柱处于水平、竖向地震作用以不倒或严重损坏(水准3)为标准验算其性能水准时,可取变轴力墩柱的最大轴力为恒定轴力计算。(3)提出刚性盖梁双柱墩容许位移简化计算公式,根据算例对比简化计算公式与推倒分析的偏差,分析简化计算公式精度。刚性盖梁双柱墩横桥向容许位移简化计算方法易于理解、便于计算,有一定的安全储备。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U443.22;U442.55
【部分图文】：

?麵藝??图１－２百花大桥?图１－３小鱼洞大桥??Ｆｉｇ?１－２?Ｂａｉｈｕａ?ｂｒｉｄｇｅ?Ｆｉｇ?１－３?Ｘｉａｏｙｕｄｏｎｇ?ｂｒｉｄｇｅ??汶川地震发生于２００８年５月１２日，震级８级，地震发生于龙门山断裂带，??震中地区位于汶川县映秀镇与漩口镇交界处，地震断裂带附近大量桥梁遭受破坏。??《公路工程抗震设计规范》（ＪＴＧＢ０２－２０１３）?［８］指出，断裂带附近竖向地震作用较??大，百花大桥（图１－２）、映秀镇顺河桥、小鱼洞大桥（图１－３）等因同时受到巨大??的竖向和水平地震作用，出现由结构构件强度失效破坏而导致的结构垮塌。《规范》??［８］３．３．２条文说明指出，近年来，国内外已测得竖向加速度超过水平加速度的记录，??因此各国研究者对竖向地震日益重视。??结构设计须准守规范条文，规范条文控制结构在地震作用下的破坏状态。因??此

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【参考文献】

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本文编号：2882914