钢筋锈蚀对混凝土桥墩抗震能力影响的研究

发布时间：2020-03-23 05:09

【摘要】：桥墩是桥梁结构的重要组成部分,多以钢筋混凝土为建设材料,由于混凝土本身抗裂性能差,桥墩在服役期间往往难以避免钢筋锈蚀的困扰。而我国又是地震活动最为强烈的国家之一,处于震区的钢筋锈蚀混凝土桥墩还要经受地震的考验,因此有必要开展钢筋锈蚀桥墩抗震能力的研究。本文以单柱式桥墩为研究对象,开展了钢筋锈蚀对混凝土桥墩抗震能力影响的研究,主要包括以下几个方面的研究工作:(1)在查阅大量相关文献的基础上,研究了钢筋锈蚀混凝土结构的考虑办法,提出了钢筋锈蚀混凝土桥墩数值模型的建立方法,并通过对已有的钢筋锈蚀墩柱往复荷载试验进行模拟,验证了该方法的可靠性。(2)利用Pushover法,对仅纵筋锈蚀、仅箍筋锈蚀和纵、箍筋均锈蚀桥墩的抗震能力进行研究,研究结果表明:纵筋锈蚀主要影响桥墩的极限承载力,箍筋锈蚀主要影响桥墩的位移延性,纵、箍筋均锈蚀桥墩的极限承载力和位移延性系数均随钢筋锈蚀率增加而降低,其中极限承载力的下降尤为明显,相应于50%锈蚀率的桥墩极限承载力下降幅度高达38.9%。(3)对纵、箍筋均锈蚀桥墩在7度、8度和9度地震作用下的抗震能力进行了评估,评估结果表明:桥墩在地震作用下的损伤状态随钢筋锈蚀率的增加发生了明显的恶化,以7度E2地震作用下桥墩为例,钢筋未锈蚀时只发生轻微破坏,锈蚀率为50%时已经恶化为严重破坏;同一锈蚀率桥墩在不同烈度地震作用下的损伤差距较大,40%锈蚀率桥墩在7度、8度和9度E2地震作用下的损伤分别为中等破坏、严重破坏和倒塌。(4)利用IDA法对钢筋锈蚀桥墩在单条地震记录作用下的抗震能力进行了研究,结果表明:桥墩抗震能力均随钢筋锈蚀率的增加而下降,在近场非脉冲、远场、近场脉冲地震作用下,桥墩的抗震能力对钢筋锈蚀率的敏感性依次减小;同一锈蚀率桥墩在近场非脉冲、远场和近场脉冲地震作用下的抗震能力依次减小。(5)利用IDA法对钢筋锈蚀桥墩在多条地震记录作用下的抗震能力进行了研究,结果表明:在多条地震记录作用下,钢筋锈蚀桥墩在脉冲地震和非脉冲地震作用下的抗震能力均随钢筋锈蚀率的增加而显著下降,钢筋锈蚀率为40%桥墩抗震能力在脉冲地震作用下的下降幅度为31.91%,非脉冲地震作用下的下降幅度为30.87%;同一锈蚀率桥墩,在非脉冲地震作用下的抗震能力基本上是脉冲地震作用下的三倍还多。(6)对钢筋锈蚀桥墩进行了地震易损性分析,分析结果表明:钢筋锈蚀桥墩在脉冲地震和非脉冲地震作用下的地震易损性均随钢筋锈蚀率的增加而显著增大;同一锈蚀率桥墩在脉冲地震作用下的易损性随PGA增加而上升的速度远大于非脉冲地震,以钢筋锈蚀率为40%桥墩在PGA为0.4g地震作用下为例,桥墩在脉冲地震作用下发生破坏的概率为99.09%,而在非脉冲地震作用下发生破坏的概率仅为18.67%。
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单元模型,纤维

图 3-1 纤维单元模型nSees 中常用的单元类型混凝土墩柱在地震荷载作用下的响应分析，OpenSees 中柱单元：非线性梁柱单元、塑性铰梁单元和基于位移的柱单元和塑性铰梁单元基于有限单元柔度法理论，基于限单元刚度法理论。对于三种单元的各自特点、优劣比究成果，本文不再过多阐述。在 OpenSees 中选用不同的单元模型进行数值模拟，通过凝土结构的模拟精度相差不大。由于基于位移的梁柱单，因此本文拟采用该单元对钢筋锈蚀混凝土桥墩进行模本构模型土结构的非线性性能是由钢筋和混凝土两种材料共同决

模型图,模型,受拉性能,混凝土

参数来实现保护层混凝土和约束混凝土的模拟。enSees 中有着丰富的混凝土材料库，其中使用较多的混凝土单轴材te0l、Concrete02 和 Conerete04 材料。其中的 Concrete02 和 Conere虑到了混凝土的受拉性能，具有较好的数值模拟效果，，下面对两种型进行简单的介绍。Concrete02 材料ncrete02 混凝土本构模型是在修正的 Kent-Park 模型[60]基础上发展模型通过改变混凝土的峰值应力、应变等来考虑箍筋的约束作用，关系如图 3-2 所示，主要计算公式如下：
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U442.55;U443.22

【参考文献】