基于性能的自复位单柱桥墩抗震设计方案研究

发布时间：2020-04-15 17:01

【摘要】：桥梁作为地震中重要的交通设施,随着抗震研究的进步,过去延性桥墩设计方法的缺点日渐凸显,社会对桥墩在震中、震后的性能提出了更高的要求。国外对基于性能的抗震设计方法已经研究二十多年,目前已是桥梁抗震领域的研究热点。同时,在国内外,自复位桥墩以具有自复位功能和残余变形小的特点受到广泛关注和研究。本文对一些自复位桥墩结构进行总结,并对其进行改进和研究。具体研究内容和成果如下:第一,分析传统延性桥墩在抗震方面的弊端,主要存在抗震性能低,损坏严重,残余变形大的问题,然后介绍自复位桥墩结构的发展形式,总结其工作机理:自复位桥墩依靠墩柱的转动保护结构,依靠耗能钢筋消耗地震能量,依靠自复位预应力钢筋和自重使结构回复原来状态,具有自复位、残余位移小的特点。第二,阐述自复位桥墩的组成,主要从墩柱底座、承重构件、自复位构件、耗能构件、桥墩和承台的接头五个方面对其介绍,然后总结国内外关于自复位桥墩的研究,主要从理论研究和数值模拟研究出发,并对桥梁地震反应分析方法和抗震设计思想的发展进行总结和阐述。第三,针对改进后结构的特点和工作机理,进行自复位单柱桥墩力学公式的推导,抗弯性能M(θ)由墩柱自重M_G、自复位预应力钢筋M_p、耗能钢筋M_h三部分组成,并根据各阶段的特点提出提高抗倾覆性和抗侧移性的因素,再结合材料力学阐述各构件的设计方法。第四,利用OpenSEES建立基于纤维梁的自复位单柱桥墩,对其施加拟静力往复荷载,得出关于墩顶位移和墩底剪力的“旗帜形”滞回曲线,基本验证了自复位构件和耗能构件“并联”结合的假设,“旗帜形”滞回曲线也反映了自复位桥墩残余变形小,具有自复位功能的特点。利用控制变量法改变各构件参数进行数值模拟分析,总结其规律并展开主要流程的设计计算,包括墩柱截面的设计、耗能构件和预应力构件的面积和长度、嵌入式接头的抗剪设计、底座的抗弯截面设计。第五,根据规范选择合理的三条地震波进行时程反应分析,结果表明,基本满足Δ≤Δ_d=3%H_Z的性能预设要求,且在地震波后半段,自复位桥墩的墩顶残余位移均较小。说明自复位桥墩具有比传统桥墩较优良的性能。本文主要的创新点是合理增加墩柱底座,使其具有更强的抗倾覆能力、抗侧移能力和自复位能力。研究表明:在地震荷载作用下,自复位单柱桥墩较延性桥墩具有损伤小、残余变形小,可以自复位的特点,且根据本文提出的初步设计原理方法设计的自复位单柱桥墩具有可靠性。
【图文】：

破坏情况,塑性铰,桥墩,救助工作

第 1 章绪论种地壳突发的自然灾害，往往会释放强大的能量，对地面和地下。而我国地域广阔，属于地震多发地区，到目前记载发生的大部在人口密集的中国一旦发生地震，其造成的生命财产损失是巨大后，桥梁作为交通系统重要的一部分，在逃生和救助工作中担任2008 年汶川地震发生后，社会和工程界对桥梁的抗震性能提出了

滞回曲线,结构演化,桥墩,形式

残余变形小的特点。但是，一方面如图的自复位桥墩结构底部容易发生应力集中，墩柱底部混凝土出现压溃现象，仍会造成局部的塑性变形，影响结构的性能；另一方面，墩柱的转动角度会因为墩柱底部的塑性变形变得难以控制，且在清华大学郭佳[5]等人的试验发现，，墩底出现不可忽略的水平位移，一定程度上改变了传力路径，且图中结构耗能能力没有充分发挥，滞回曲线不够饱满。本文对图 1-2（C）结构形式进行了改造，在此基础上着重研究单柱桥墩的主要性能。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U442.55;U443.22

【参考文献】