节段预制拼装钢管混凝土桥墩抗震性能研究

发布时间：2017-04-13 08:13

  本文关键词：节段预制拼装钢管混凝土桥墩抗震性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,我国交通基础设施建设进入到一个新的阶段,桥梁工程作为交通基础设施的重要组成部分,桥梁工程建设也将迎来一个重要的发展机遇期。现有钢筋混凝土桥梁设计、建造、管养都是基于现浇混凝土技术开展的,现浇钢筋混凝土桥梁势必会对建设场地周边自然环境及城市既有交通造成不利的经济、社会影响。因此,有必要对目前现浇钢筋混凝土桥梁建设进行创新,提出更高效、快捷、安全、耐久的桥梁结构建造技术。国内外提出基于全预制装配理念的快速桥梁建造技术,有望成为革命性的下一代桥梁工程发展方向。后张预应力预制拼装钢筋混凝土下部结构是基于自复位及可快速恢复功能设计理念的快速建造技术,但目前仍处在基础理论研究和技术研发阶段,工程实践较少,更没有相应设计规范参考。目前,针对后张预应力自复位预制拼装混凝土桥墩的关键构造及面向强震区的预制拼装桥墩抗震性能的基础研究和技术研发仍不成熟,有待深入探索其合理的关键构造及评估其抗震能力,建立相应的结构设计及抗震设计方法。鉴于上述情况,为解决节段预制拼装桥墩节段接缝处易发生损伤破坏的问题,本文将钢管混凝土引入预制拼装桥墩中,提出两种预制拼装钢管混凝土桥墩构造,包括后张预应力节段预制拼装钢管混凝土和高强螺栓连接钢管混凝土桥墩。考虑后张预应力布置、节段间附设耗能钢管等关键构造,研发后张预应力节段预制拼装钢管混凝土桥墩关键技术和抗震能力提升技术。采用理论分析、试验验证、数值仿真等手段方法开展节段预制拼装钢管混凝土桥墩的抗震性能研究,揭示其非线性力学行为和结构损伤失效机理。主要研究内容和结论如下：(1)开展国内外预制装配桥梁下部结构关键技术和应用基础研究的调研工作,概括总结基于预应力技术的预制装配桥墩的计算理论、试验测试和数值仿真分析研究现状,提出目前基于预应力技术的预制拼装桥墩关键技术及研究有待深入开展的问题,提出本文研究的主要内容和技术方案。(2)根据节段预制拼装钢管混凝土桥墩构造特点,确定预制节段开口临界力和预应力筋二次张拉临界力,研究各预制节段之间开口的关系,得到自复位预制拼装桥墩多塑性铰模型,并推导各预制节段顶部力-位移关系式和各节段接触面弯矩-曲率关系式。(3)根据研究目标和内容,设计节段预制拼装钢管混凝土桥墩模型试验方案,考虑预应力筋位置、连接钢管厚度等参数对桥墩抗震性能的影响。重点研究弯矩-曲率变化过程,对比同一试件各节段间弯矩-曲率曲线、节段间开口、节段间错位的联系和差异。加工制作基于预应力技术和螺栓机械连接的节段预制拼装钢管混凝土桥墩模型试件,确定试验加载和测试方案。(4)针对已设计的两类节段预制拼装钢管混凝土桥墩模型试件开展了拟静力往复加载试验测试。细致观察并详细描述拟静力往复试验过程中模型试件的节段间接缝开合、水平剪切变形、弯曲变形及钢管混凝土节段水平错动等宏观力学行为。对试验测试结果进行了处理和分析。评估节段预制拼装钢管混凝土的滞回性能、恢复力特性、延性性能、抗侧刚度、残余位移、预应力变化发展过程以及钢管局部应变等细部力学性能。揭示节段预制拼装钢管混凝土桥墩的抗震性能及损伤失效机理。(4)基于ABAQUS实体有限元模型对两类节段预制拼装钢管混凝土桥墩开展数值仿真分析,并与拟静力往复加载试验测试结果进行对比分析。特别针对采用无粘结后张预应力和节段间设置耗能钢管的的节段预制拼装钢管混凝土桥墩进行详细的参数化分析和优化,最终确定合适的参数取值以提升后张预应力节段预制拼装钢管混凝土桥墩的抗震能提,使其既具有良好的自复位能力良好又具有较强的耗能能力。本文研究主要针对两类节段预制拼装钢管混凝土桥墩的自复位性能和耗能能力提升提出关键技术方案,通过试验测试和数值仿真分析验证提出方案的有效性和可靠性。为完善预制装配桥梁下部结构的技术体系和工程实践提供基础理论依据。
【关键词】：节段预制拼装桥墩 钢管混凝土 自复位性能 无粘结预应力 多塑性铰模型 耗能能力
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U443.22
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-35
• 1.1 概述11-12
• 1.2 节段预制拼装桥墩应用现状12-15
• 1.2.1 国外工程应用现状12-14
• 1.2.2 国内工程应用现状14-15
• 1.3 节段预制拼装桥墩抗震性能研究进展15-29
• 1.3.1 试验研究现状15-22
• 1.3.2 理论及数值研究现状22-29
• 1.4 钢管混凝土用于节段拼装桥墩的研究进展29-32
• 1.5 研究意义与待解决的问题32-33
• 1.6 本文研究内容及技术方案33-35
• 1.6.1 研究内容33-34
• 1.6.2 研究技术方案34-35
• 第2章 节段预制拼装钢管混凝土桥墩理论分析35-55
• 2.1 前言35
• 2.2 材料本构模型35-38
• 2.2.1 钢管混凝土应力应变模型35-38
• 2.2.2 预应力钢筋的应力—应变模型38
• 2.3 节段预制拼装钢管混凝土桥墩单塑性铰模型38-47
• 2.3.1 水平地震力作用下桥墩受力分析38-41
• 2.3.2 理想水平力-位移关系41
• 2.3.3 截面弯矩—曲率关系41-44
• 2.3.4 水平力—位移关系44-47
• 2.4 节段预制拼装钢管混凝土桥墩多塑性铰模型47-54
• 2.4.1 多塑性铰模型研究进展47-48
• 2.4.2 多塑性铰分析模型48-51
• 2.4.3 截面弯矩—曲率关系51-52
• 2.4.4 水平力—墩顶位移关系52-54
• 2.5 本章小结54-55
• 第3章 节段预制拼装钢管混凝土桥墩拟静力试验设计55-67
• 3.1 试件工况设计55-56
• 3.2 试件尺寸56-59
• 3.3 试件材料与性能59-61
• 3.3.1 混凝土59-60
• 3.3.2 钢管60-61
• 3.3.3 预应力筋61
• 3.3.4 螺栓61
• 3.3.5 其他材料61
• 3.4 试件浇筑61-63
• 3.5 测点布置与试验方法63-66
• 3.5.1 试验装置63
• 3.5.2 测点布置63-66
• 3.6 试验加载方案与拼装过程66
• 3.7 本章小结66-67
• 第4章 节段预制拼装钢管混凝土桥墩拟静力试验研究67-111
• 4.1 试验现象67-78
• 4.1.1 UBCPC试验现象67-69
• 4.1.2 UBAPC试验现象69-71
• 4.1.3 BCC试验现象71-73
• 4.1.4 UBCP-BCC试验现象73-75
• 4.1.5 现浇墩RC75-78
• 4.2 试验结果与分析78-108
• 4.2.1 滞回性能78-83
• 4.2.2 恢复力特性83-84
• 4.2.3 延性特征84-87
• 4.2.4 刚度特性87-90
• 4.2.5 耗能能力90-93
• 4.2.6 残余位移93-94
• 4.2.7 曲率94-101
• 4.2.8 节段间张口101-103
• 4.2.9 预应力变化103-105
• 4.2.10 节段间错动情况105-106
• 4.2.11 钢管应力应变分析106-108
• 4.3 本章小结108-111
• 第5章 节段预制拼装钢管混凝土桥墩数值仿真分析111-131
• 5.1 ABAQUS简介111
• 5.2 ABAQUS数值仿真模型111-114
• 5.3 ABAQUS数值仿真模型计算结果对比114-125
• 5.3.1 实验结果云图114-119
• 5.3.2 滞回性能与恢复力特性119-122
• 5.3.3 节段间张口122
• 5.3.4 预应力变化122-123
• 5.3.5 钢管应力应变分析123-125
• 5.4 UBCP-BCC模型参数优化125-129
• 5.5 本章小结129-131
• 第6章 总结与展望131-135
• 6.1 总结131-132
• 6.2 研究的不足132
• 6.3 进一步研究方向与展望132-135
• 参考文献135-143
• 附录143-165
• 附录1 试件尺寸图143-148
• 附录2 试件拼装流程148-155
• 1. 无粘结轴心预应力桥墩UBCPC拼装148-149
• 2. 无粘结四周预应力桥墩UBAPC拼装149-151
• 3. 螺栓连接墩BCC拼装151-153
• 4. 无粘结轴心预应力-螺栓连接桥墩UBCP-BCC拼装153-155
• 附录3 试件钢管应变图155-165
• 攻读硕士学位期间所发表的学生论文及参与的科研项目165-167
• 致谢167

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  本文关键词：节段预制拼装钢管混凝土桥墩抗震性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：303183