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《大连理工大学》 2008年
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钢筋混凝土桥墩抗震性态数值评价与试验研究

艾庆华  
【摘要】: 近几十年的桥梁震害促进了桥梁抗震技术的快速发展,世界上主要桥梁抗震规范已采用延性设计,基于性态的抗震设计方法成为目前的研究热点和发展趋势,对桥梁体系非线性地震反应和破坏机理的深入了解和把握是性态设计的关键所在。本文首先详细总结和分析该领域的主要文献,其次从数值分析角度研究了利用简化塑性铰模型和弹塑性纤维梁柱单元,计算钢筋混凝土桥墩整体和局部地震损伤性态指标或参数的精度及可行性,最后从模型振动台试验角度研究和比较了基于现行规范设计、基于位移设计和可能发生弯剪破坏模式的钢筋混凝土短柱桥墩的抗震性能及破坏机理。论文在以下几个方面有所创新或有新的认识: 1.开发了钢筋混凝土桥墩拟静力试验数值模拟与地震损伤评价程序DLUT-RC主要功能是进行钢筋混桥墩拟静力试验滞回性能的数值分析和利用真实试验数据及数值模拟结果进行桥墩抗震性态指标的计算。该程序包括两种分析模型:简化塑性铰模型和弹塑性纤维梁柱单元模型。塑性铰模型可考虑不同试验装置导致的P-△效应。纤维单元模型包括刚度法和柔度法单元,可考虑材料非线性、几何非线性和节点锚固钢筋粘结滑移影响。程序采用了较为精确反映钢筋、混凝土反复荷载下力学性能的Chang-Mander本构关系模型。以力学模型计算等效塑性铰长度,以Lehman基于应变的试验统计公式计算节点纵筋粘结滑移,建议了一种新的简化塑性铰模型。 2.研究了钢筋混凝土桥墩地震反应数值模型与抗震性态评价指标的匹配关系利用简化塑性铰模型和纤维单元模型,主要计算了Lehman等完成的5根不同剪跨比及配筋率的钢筋混凝土桥墩的截面曲率、残余位移、混凝土和钢筋应变幅值、纵筋低周疲劳损伤指数等损伤评价指标,并与试验结果比较。认为不同模型计算的滞回曲线、残余位移可以和试验有很好吻合;塑性铰模型计算的极限曲率、纵筋应变幅值和试验结果较为接近,但对于剪跨比λ≥8的高墩,极限曲率计算值小于试验值,将导致偏于危险的结果:纤维单元模型,通过合理划分单元网格或确定合适的高斯积分点数,对截面曲率、纵筋应变幅值刚度法单元计算结果较为接近试验值,而柔度法单元明显大于刚度法单元。柔度法单元计算的纵筋疲劳指数要大于刚度法单元,但两者的统计离散性都很大。所有模型都很大程度低估了桥墩破坏时的混凝土压应变幅值,纤维模型要略好于简化塑性铰模型。此外,就目前常用的数值分析模型及其能力而言,认为混凝土压应变和纵筋低周疲劳损伤指数尚不适合作为钢筋混凝土桥墩的抗震性态评价指标。 3.进行了延性弯曲破坏和脆性弯剪破坏的钢筋混凝土桥墩地震模拟振动台试验分别基于规范设计方法、基于位移设计方法以及考虑配箍率不足和剪跨比较小情况设计了一组(8根)钢筋混凝土桥墩试件,通过振动台试验从破坏形态、延性、耗能等多个方面评价比较了它们的抗震性能。表明按课题组建议的基于位移方法设计与按现行规范方法设计的桥墩二者抗震性能相当,但前者可明确预知(预设)桥墩在不同地震水准下的抗震性态,且在增加约束箍筋条件下可一定程度减少纵向钢筋使用量,能够达到预期的延性抗震要求;短柱桥墩在地震作用下反应位移延性系数较大,而耗能偏小,更易于破坏。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U442.55

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