西部盐渍土环境中混凝土桥墩柱地震损伤研究

发布时间：2020-10-23 02:12

　　 近年来,我国大力发展基础建设,随着西部大开发战略进一步深入,西部等欠发达地区的交通状况得到了明显改善,处于抗震设防烈度区的桥梁结构越来越多。桥梁结构作为交通运输的重要组成,在发生地震后,是否仍能发挥一定的使用功能,为抗震救灾提供可靠的道路安全保证是十分值得关注的。西部地区同时存在大量的盐渍土,桥墩柱长期服役在含有氯盐、硫酸盐的土壤中,混凝土、钢筋等材料都会受到严重侵蚀,材料性能会发生退化。故在实际环境中,混凝土桥墩柱在正常使用状态下必定存在损伤,因此对不同服役期内混凝土桥墩柱的地震损伤状态进行研究是很有必要的。本文通过对不同腐蚀程度下桥墩柱的低周循环加载试验,对处于盐渍土环境中的13根桥墩进行了地震损伤研究。论文的主要研究内容包括:⑴以构件层次的损伤为重点,较为全面的介绍了材料、构件、结构损伤研究的现状,详细总结了单参数损伤模型与双参数模型的特点与研究进展,并指出了各类损伤模型存在的不足之处,发现目前对于绝大多数的双参数损伤模型是以Park-Ang模型为基础不断进行改进和修正获得的。⑵分析锈蚀率与轴压比对混凝土桥墩柱骨架曲线、滞回曲线、刚度退化以及耗能能力等与损伤相关指标的影响,表明锈蚀率与轴压比对试件的刚度以及耗能能力均是不利的,因而对构件的损伤累积与发展产生了影响。⑶基于试验结果,建立了盐渍土环境中混凝土桥墩柱的双参数损伤模型,并考虑了钢筋锈蚀对损伤计算的影响。模型将试件相对位移与相对耗能之间的指数关系简化为线性关系,并引入参数调整位移与耗能之间的比重,使模型具有较好的收敛性。⑷对试件的损伤影响因素进行了分析,表明在同一加载位移下,锈蚀率与轴压比越大,试件损伤越严重。通过与其它损伤模型的对比,发现本文模型可以在收敛性、累积耗能对损伤的影响等方面均比较符合理论与实际情况。⑸对单个桥墩柱而言,归一化残余位移与墩柱的损伤指数呈现指数关系。并对所有试件进行了非线性拟合,给出了归一化残余位移与损伤指数之间的定量关系,同时结合本文的双参数模损伤评定关系,建立了基于归一化残余位移的损伤评定方法,并对实际工程中对该损伤准则的利用提供了可参考的指南。
【学位单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U442.55;U443.2
【部分图文】：

震都发生在这里。因此中国不仅是世界上地震多发国家，同时也是地震灾害重的国家之一。例如 1976 唐山地震共造成 24.2 万人死亡,16.4 万人严重受产房屋 1479 万平方米;直接经济损失 54 亿元。2008 年汶川地震共造成 692，374643 人受伤，直接经济损失高达到 8452.15 亿元。据统计[1][2]从 19906 年以来，我国共发生成灾害性地震 330 次，经济损失达 10852.68 亿元。我国正处于基础建设大发展时期，有数据表明：截止 2017 年底，我国公路已超过 80 万座，高铁桥梁累积长度超过 1 万公里。许多桥梁结构处于抗震，需经历不同地震的考验。在历次地震中，各类桥梁结构的破坏程度十分结构是抗震救灾生命线中不可或缺的组成部分，一旦在地震中损坏，现代化络必然会中断，这种情况势必会造成巨大的经济损失和人员伤亡。在完整桥梁结构体系中，地震作用主要集中在其上部结构的质心附近，使得侧力构件桥墩比较易遭受地震作用的破坏，通过历次的地震调查表明，桥梁坏属桥墩破坏最严重，因此在地震损伤研究中，对桥墩柱的研究很有必要。图墩在地震中的破坏情况。

护钢筋不受腐蚀。如图 1-2 为桥墩在盐渍土环境中受侵蚀后的照片。1989 年，英国有关部门相关报告称，氯离子的侵蚀造成钢筋的锈蚀，已经对英国威尔士近 75%的钢筋混凝土桥梁造成了损坏，对其维护所产生的费用已经超过其价的 1 倍[3]，在美国俄勒冈州，由于大量的氯离子在短时间内侵入 Alsae 海湾大桥，桥梁结构中的钢筋也受到严重腐蚀[4]。我国基础设施的腐蚀破坏也比较明显，有些头桥梁使用 3-10 年就要加固。北方也正遭受着除冰盐带来的危害，如北京西直门交桥，使用 19 年就因严重腐蚀而进行加固，修复。由此可知，桥梁结构由于环境蚀而造成的经济损失十分巨大。由于桥梁结构长期处于盐渍土中，很容易受到各类离子的侵蚀。这使桥墩在未经地震作用时就已经发生不间断的损伤，西部地区早晚温差大，而且还受冻融循环作影响明显，在地震作用下会产生更严重的损伤；目前对未锈蚀混凝土结构与构件的伤评价准则研究已经比较成熟，但对盐渍土环境中桥墩柱地震损伤的相关研究十分乏，在离子侵蚀和地震双重作用下结构的损伤评价方法也很少。因此，研究桥墩在蚀环境中的地震损伤状况具有十分重要的意义。

5C1622C25截面尺寸及配筋图2-2截面203602024003-3截面1001001501800150100240050807205090022C251-1截面20 204009020400360图 2-1 试件尺寸及配筋Fig.2-1 Size and reinforcement of the specimen2.1.2 腐蚀设计在试件养护完成后，开始进行腐蚀试验。根据大量的研究，盐渍土桥墩柱实际震害主要集中在柱与桥墩连接的塑性铰区，所以本文中只将墩柱的根部侵泡在腐蚀溶液中，侵蚀容器的制作如下：如图 2-2 所示，将环绕柱周围 30cm 范围内的桥墩打磨平整，均匀涂一层 1cm 厚环氧树脂胶，几分钟过后，在环氧树脂胶上铺上碳纤维布，然后再涂抹 5cm 厚环氧树脂胶，涂抹均匀后把无底塑料容器粘在环氧树脂胶上，压实，然后用环氧树脂胶勾缝
【参考文献】

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本文编号：2852410