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，鋼筋混凝土橋墩起著支承上部結(jié)構、傳遞荷載的作用。基于現(xiàn)行延性設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造形式、力

2、學行為的理論分析、低周反復加載試驗、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造形式研究。其中，鋼筋混凝土橋墩和承臺由工廠預制，在現(xiàn)場通過后張法無粘接預應力筋進行拼接。橋墩下部設有牛腿以固定耗能件，并可方便地進行耗能件的拆卸和替換。當橋墩所受傾覆彎矩超過墩柱-基礎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-基礎接觸面在預應力的作用下重新閉

3、合。為避免橋墩轉(zhuǎn)動時混凝土的局部受壓破壞，橋墩底部預先埋置在套筒內(nèi)。套筒、預應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)向位移關系，進行了理論分析，分別基于精細模型和簡化模型，推導了結(jié)構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)的設計提供了參考。⑶自定心混凝土橋墩的低周反復加載

4、試驗研究。設計了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行了研究?？疾炝祟A應力大小、耗能件構造、預應力筋材料、有無GFRP套筒等因素對結(jié)構抗側(cè)剛度、耗能能力和構件損傷的影響。試驗結(jié)果表明，本文提出的自定心橋墩具有震后自復位、主體結(jié)構基本無損等優(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)值模擬方法進行了研究，涉及墩柱-基礎接觸面的張開與閉合、預應力