外置耗能式自定心混凝土橋墩抗震性能研究.pdf

1、作為橋梁的下部結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土橋墩起著支承上部結(jié)構(gòu)、傳遞荷載的作用?；诂F(xiàn)行延性設(shè)計方法得到的橋墩在地震中通過自身的塑性變形來耗散能量，因此震后往往存在較大殘余變形而影響橋梁的正常使用，并給修復(fù)帶來困難。鑒于此，本文提出了一種“含外置耗能裝置的自定心混凝土橋墩”，橋墩在震后的殘余變形可以消除或大大減少，而損傷集中在易于更換的附加耗能件上，同時耐腐蝕材料的應(yīng)用提高了橋墩在氯離子環(huán)境下的耐久性。圍繞這一新型橋墩，本文先后展開了其構(gòu)造形式、力

2、學(xué)行為的理論分析、低周反復(fù)加載試驗、數(shù)值模擬研究以及地震作用下的易損性分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴自定心混凝土橋墩的構(gòu)造形式研究。其中，鋼筋混凝土橋墩和承臺由工廠預(yù)制，在現(xiàn)場通過后張法無粘接預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行拼接。橋墩下部設(shè)有牛腿以固定耗能件，并可方便地進(jìn)行耗能件的拆卸和替換。當(dāng)橋墩所受傾覆彎矩超過墩柱-基礎(chǔ)接觸面的臨界張開彎矩時，接觸面張開，在橋墩發(fā)生剛體轉(zhuǎn)動時耗能件出現(xiàn)塑性變形耗能;震后，墩柱-基礎(chǔ)接觸面在預(yù)應(yīng)力的作用下重新閉

3、合。為避免橋墩轉(zhuǎn)動時混凝土的局部受壓破壞，橋墩底部預(yù)先埋置在套筒內(nèi)。套筒、預(yù)應(yīng)力筋和耗能件分別采用玻璃纖維管、玄武巖纖維棒和改性鋁棒提高其耐腐蝕性。⑵自定心混凝土橋墩力學(xué)行為的理論分析研究。針對橋墩的頂點側(cè)向力-側(cè)向位移關(guān)系，進(jìn)行了理論分析，分別基于精細(xì)模型和簡化模型，推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)在各受力階段的變形、位移、抗側(cè)剛度以及等效粘滯阻尼系數(shù)的計算公式。理論分析和實驗結(jié)果吻合較好，為自定心橋墩后續(xù)的設(shè)計提供了參考。⑶自定心混凝土橋墩的低周反復(fù)加載

4、試驗研究。設(shè)計了15組試驗，對自定心混凝土橋墩在循環(huán)荷載下的抗震性能進(jìn)行了研究?？疾炝祟A(yù)應(yīng)力大小、耗能件構(gòu)造、預(yù)應(yīng)力筋材料、有無GFRP套筒等因素對結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度、耗能能力和構(gòu)件損傷的影響。試驗結(jié)果表明，本文提出的自定心橋墩具有震后自復(fù)位、主體結(jié)構(gòu)基本無損等優(yōu)點。⑷自定心混凝土橋墩的數(shù)值模擬。在理論分析和試驗研究的基礎(chǔ)上，利用開源有限元軟件OpenSees對自定心混凝土橋墩的數(shù)值模擬方法進(jìn)行了研究，涉及墩柱-基礎(chǔ)接觸面的張開與閉合、預(yù)應(yīng)力