圆柱桥墩延性抗震性能影响因素的数值分析

发布时间：2017-07-18 13:10

  本文关键词：圆柱桥墩延性抗震性能影响因素的数值分析

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【摘要】：钢筋混凝土桥墩是桥梁结构的重要承重构件,在地震强大的荷载作用下,往往会受到各种不同程度的破坏,直接影响到桥梁的稳定性,对人类的生命财产安全造成了极大的威胁。桥墩的延性性能直接关系到桥梁整体的抗震性能,故如何设计可以提高延性抗震性能是时下桥梁抗震设计规范里需要予以考虑的主要思路。于现今的桥墩而言,大多采用的是钢筋混凝土结构,那么研究影响钢筋混凝土延性的因素以及这些因素是如何影响其延性的就变得尤其重要。本文运用非线性大型有限元软件ABAQUS对影响圆柱桥墩延性性能的因素进行基于往复加载的Pushover分析,主要有以下这几个方面的研究工作:(1)介绍了在历史上桥墩典型的破坏案例和破坏方式,阐述了桥墩抗震性能试验研究的发展概况。总结了抗震性能设计与分析的主要内容,概括了延性抗震性能分析的主要方法,并且模拟出各工况下圆柱墩混凝土的保护层、箍筋和纵筋的屈服过程,核心区混凝土的屈服则通过骨架曲线极限位移的出现来判断。(2)通过分析改变轴压比大小后的延性变化可知,位移延性系数随着轴压比的增大而减小,较低的轴压比试件最终破坏时对应的极限位移较大。并且当轴压比增大,圆柱墩的滞回耗能能力也随之降低,所以小轴压比可以一定程度上的增加该桥墩的延性性能,继而提高桥墩的抗倒塌能力。(3)通过分析不同的圆柱墩箍筋布置形式以及不同的配箍率产生的延性变化可知:与圆形箍相比,采用螺旋箍的圆柱桥墩延性性能得到提升,更加具有耗能能力。圆柱墩箍筋的加密区与非加密区配箍率变化对该墩的延性性能都有影响,但是圆柱墩在整个加载过程中加密区配箍率的改变对其延性性能与耗能能力的影响远比非加密区配箍率显著。(4)通过分析采用不同的纵筋率和纵筋布置形式对圆柱墩的延性影响可知,纵筋率的提高提升了圆柱桥墩的承载力,且配箍率越大,这种变化越明显;当纵筋率较低时,配箍率对圆柱墩延性性能与耗能能力的影响不明显。只有当纵筋率较高时,提高配箍率才能明显提升圆柱墩的延性性能与耗能能力;当配箍率较低时,纵筋率的增加对该圆柱墩的延性没有明显影响。只有当配箍率较大时,增加纵筋率才能明显改变圆柱墩的延性性能,且纵筋率越大,延性提升效果越明显。纵筋布置形式对位移延性和耗能能力的影响都不明显。(5)通过数值模拟杨利的圆柱实验的过程,对比有限元计算值与实验值,进一步验证了该数值模拟方法以及第3、4、5章结论的可取性。最后,总结了本文中的成果及不足之处,对圆柱墩延性的分析研究提出了进一步的研究方向。
【关键词】：圆柱桥墩 延性性能 轴压比 配箍率 箍筋布置形式 纵筋率 纵筋布置形式
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U443.22
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 选题背景及研究意义13-14
• 1.2 桥墩典型破坏案例及破坏方式14-17
• 1.2.1 典型破坏案例14-17
• 1.2.2 破坏方式17
• 1.3 桥墩延性性能试验研究发展概况17-20
• 1.3.1 国外桥墩延性性能试验研究现状18-19
• 1.3.2 国内桥墩延性性能试验研究现状19-20
• 1.4 研究目的和研究内容20-21
• 第2章 钢筋混凝土桥墩抗震设计与分析方法21-31
• 2.1 概述21
• 2.2 延性抗震性能设计的主要内容21-22
• 2.3 延性抗震性能分析的主要内容22-26
• 2.3.1 滞回曲线与骨架曲线22-23
• 2.3.2 屈服、极限荷载及位移延性系数的确定23-24
• 2.3.3 强度退化特性24-25
• 2.3.4 刚度退化特性25-26
• 2.3.5 耗能能力分析26
• 2.4 延性抗震性能分析的主要方法26-30
• 2.4.1 静力法26-27
• 2.4.2 拟静力法27-29
• 2.4.3 时程分析法29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 轴压比对圆柱形桥墩延性能力的影响31-45
• 3.1 轴压比概述31-32
• 3.1.1 轴压比定义31
• 3.1.2 规范轴压比含义31-32
• 3.2 ABAQUS有限元模型的建立32-34
• 3.2.1 混凝土本构模型32-33
• 3.2.2 钢筋本构模型33-34
• 3.3 圆柱形桥墩数值模拟分析34-35
• 3.3.1 圆柱形桥墩具体参数34
• 3.3.2 模型的边界条件与荷载施加规则34-35
• 3.4 各工况应力云图35-40
• 3.5 各工况滞回曲线40-41
• 3.6 滞回曲线分析41-43
• 3.6.1 荷载—位移骨架曲线41-42
• 3.6.2 荷载—位移骨架曲线各特征值42-43
• 3.7 本章小结43-45
• 第4章 箍筋对圆柱形桥墩延性能力的影响45-61
• 4.1 箍筋概述45-47
• 4.1.1 箍筋作用45
• 4.1.2 配箍率45-47
• 4.2 箍筋布置形式影响47-51
• 4.3 配箍率影响51-60
• 4.3.1 加密区配箍率影响51-56
• 4.3.2 非加密区配箍率影响56-60
• 4.3.3 加密区与非加密区配箍率对延性影响的对比60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 纵筋对圆柱形桥墩延性能力的影响61-75
• 5.1 纵筋概述61-63
• 5.1.1 纵筋作用61
• 5.1.2 纵筋的配筋建议61-63
• 5.2 纵筋率影响63-70
• 5.2.1 工况63
• 5.2.2 滞回曲线63-65
• 5.2.3 骨架曲线65-66
• 5.2.4 耗能能力与延性分析66-70
• 5.3 纵筋布置形式影响70-74
• 5.3.1 工况70
• 5.3.2 滞回曲线70-72
• 5.3.3 骨架曲线72
• 5.3.4 耗能能力与延性分析72-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第6章 圆柱的数值模拟与实验结果的对比分析75-85
• 6.1 实验介绍75-77
• 6.1.1 实验装置75-76
• 6.1.2 试件尺寸与配筋76
• 6.1.3 加载过程76-77
• 6.2 圆柱实验的有限元数值模拟77-78
• 6.2.1 有限元模型77
• 6.2.2 单元类型的选择及网格划分77-78
• 6.2.3 加载制度78
• 6.3 对比分析数值模拟与实验78-83
• 6.3.1 骨架曲线的对比78-81
• 6.3.2 骨架曲线特征值的对比81-82
• 6.3.3 滞回耗能的对比82-83
• 6.4 本章小结83-85
• 第7章 结论与展望85-87
• 7.1 结论85-86
• 7.2 展望86-87
• 参考文献87-91
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况91-93
• 致谢93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：557837