钢筋混凝土空心墩抗震性能试验研究

发布时间：2017-10-31 15:33

  本文关键词：钢筋混凝土空心墩抗震性能试验研究

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【摘要】：相比相同外部尺寸实心墩,空心墩具有更高的弯曲／扭转刚度、节省材料、减小恒载及地震惯性力等优点,所以被广泛应用于西部山区高墩大跨桥梁。而西部山区是我国强震频发区,地处该区域大量高墩桥梁抗震安全面临严峻挑战,需要通过合理的抗震设计确保其满足可能强震的地震需求。而现行各国设计规范中并没有明确给出空心墩的抗震设计方法,在实际设计中仍沿用实心墩的设计思路,所以有必要对空心桥墩的抗震性能进行深入研究。为了发展和完善空心墩的抗震设计方法,论文通过试验观测、理论分析、数值模拟分析比较了空心墩与实心墩抗震性能的差异,探讨了不同设计参数对桥墩抗震性能的影响,具体研究内容如下：1)通过文献调研,系统梳理了空心墩抗震性能试验研究现状,指出了当前空心墩抗震试验研究中存在的问题,明确了论文的研究目标；2)根据研究目的,设计了方形实心与空心截面共9个钢筋混凝土桥墩模型,并进行拟静力加载试验；3)根据试验观测,描述了各模型的裂缝发生与发展、受压保护层的起皮及剥落等现象以及承载力的变化过程；4)对比分析了试验中各模型的滞回特征及耗能能力、不同荷载等级下墩身曲率沿高度的分布情况,研究了配筋率、配箍率对实心墩与空心墩延性性能及等效塑性铰长度的影响,并结合现行各国规范及其它文献中等效塑性铰长度计算模型的比较分析,建议了适合空心墩的等效塑性铰长度计算公式；51基于Mander约束混凝土本构及考虑疲劳与断裂效应的钢筋本构模型,采用Opensees带长度纤维梁单元对各墩柱试验过程进行了数值模拟,并探讨此模拟方法对空心墩的适用性。通过上述试验观测、理论分析和数值模拟发现：1)实心墩与空心墩最终破坏形态均为弯曲破坏,并且二者的裂缝发展规律相似：达到等效屈服位移之前,新裂缝由墩底向上不断产生,在达到等效屈服位移之后,墩底的几条裂缝不断变宽、变深,并最终形成塑性铰：2)实心墩与空心墩的滞回环形状都为“反S形”,增加配筋率可大幅提高实心墩与空心墩的滞回耗能能力,配箍率的提高对实心墩的滞回耗能有一定的改善,但对空心墩影响较小；3)实心墩与空心墩墩身曲率沿高度的分布规律基本一致：在等效屈服之前墩身曲率值较小并成线性分布,等效屈服后的曲率在墩底一定高度范围内快速增加,其它部分增幅较小；4)配筋率(或钢筋直径)对实心墩、空心墩的等效塑性铰长度影响较大,配箍率对空心墩的等效塑性铰长度影响较小,但对实心墩有一定程度的影响；5)根据不同等效塑性铰长度公式计算墩顶位移,比较发现：Berry模型与日本抗震规范计算结果偏小且误差较大,Paulay-Priestley模型、欧洲Eurocode8规范与美国Caltrans规范与试验结果的平均误差较小, 《公路桥梁抗震设计细则》的误差介于二者之间且普遍小于实测位移；6)文中考虑钢筋疲劳及断裂效应的数值分析方法能较好地模拟实心墩与空心墩的试验过程,准确再现模型加载过程中的各种力学行为。
【关键词】：钢筋混凝土空心墩 抗震性能 拟静力试验 塑性铰长度 数值分析
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.55
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 研究背景12
• 1.2 空心墩抗震性能研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 研究目的、思路与内容15-17
• 第2章 空心桥墩拟静力试验方案设计17-27
• 2.1 空心墩拟静力试验背景17
• 2.2 空心墩拟静力试验设计17-24
• 2.2.1 模型设计19-21
• 2.2.2 数据采集系统设计21-22
• 2.2.3 加载制度22-24
• 2.3 试验结果预测24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 试验现象27-50
• 3.1 实心墩试验现象27-36
• 3.1.1 B1墩27-30
• 3.1.2 B2墩30-32
• 3.1.3 C1墩32-34
• 3.1.4 C2墩34-36
• 3.2 空心墩试验现象36-48
• 3.2.1 D2墩36-38
• 3.2.2 E1墩38-41
• 3.2.3 E2墩41-43
• 3.2.4 F1墩43-45
• 3.2.5 F2墩45-48
• 3.3 本章小结48-50
• 第4章 试验结果分析50-74
• 4.1 空心墩拟静力试验滞回特征50-56
• 4.1.1 开裂前50-51
• 4.1.2 混凝土开裂后51
• 4.1.3 屈服后51-52
• 4.1.4 全过程滞回曲线及骨架曲线52-56
• 4.2 滞回耗能56-59
• 4.3 墩身曲率分布59-62
• 4.4 试件延性能力62-65
• 4.4.1 屈服状态62-63
• 4.4.2 极限状态63-65
• 4.5 等效塑性铰长度分析65-72
• 4.5.1 理论基础65-67
• 4.5.2 等效塑性铰长度计算公式及比较67-69
• 4.5.3 试验结果比较69-72
• 4.6 本章小结72-74
• 第5章 试验过程的数值模拟74-85
• 5.1 模型介绍74-76
• 5.2 Opensees材料本构模型的选择76-81
• 5.3 滞回曲线数值模拟与试验对比分析81-83
• 5.4 本章小结83-85
• 第6章 结论与展望85-87
• 6.1 结论85-86
• 6.2 问题与展望86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 在学期间发表的论文及参与的科研项目91

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本文编号：1122691