橋梁排架結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理及損傷控制方法.pdf

1、美國Loma Prieta地震、日本Kobe地震、中國汶川地震及集集地震中的橋梁震害，均證實(shí)了橋梁排架結(jié)構(gòu)的抗震薄弱性。為研究橋梁排架地震破壞機(jī)理并發(fā)展排架地震損傷控制方法，本文基于OpenSees數(shù)值分析平臺，建立了考慮彎曲、剪切和縱筋粘結(jié)滑移變形的鋼筋混凝土橋墩抗震數(shù)值分析模型，通過與試驗(yàn)結(jié)果對比，驗(yàn)證了模型的正確性。提出了設(shè)置延性系梁和防屈曲支撐(BucklingRestrained Brace，BRB)對鋼筋混凝土排架進(jìn)行損傷控

2、制的抗震措施并進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證。本文主要工作和結(jié)論如下:
　　1.為研究縱筋粘結(jié)滑移變形對鋼筋混凝土橋墩地震反應(yīng)的影響，基于OpenSees中的非線性梁柱單元、零長度轉(zhuǎn)動彈簧單元和零長度剪切彈簧單元，建立了8個考慮彎曲變形、粘結(jié)滑移變形和剪切變形的橋墩抗震數(shù)值分析模型。將模擬得到的滯回曲線，墩頂彎曲、粘結(jié)滑移和剪切變形等成分與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明，所建模型對各橋墩的滯回曲線、各變形成分、初始剛度和殘余位移有較好的模擬效果。且粘

3、結(jié)滑移變形占墩頂總位移成分比例較大，約為20-50％，在數(shù)值模型中不可忽略。
　　2.為研究OpenSees中的非確定參數(shù)對數(shù)值模型中殘余位移模擬的敏感性問題，建立了考慮彎曲變形和粘結(jié)滑移變形的數(shù)值分析模型，對橋墩進(jìn)行動力時程分析，在關(guān)鍵參數(shù)可以根據(jù)試驗(yàn)和試件設(shè)計(jì)確定的基礎(chǔ)上，通過改變軟件中的7個非確定參數(shù)，對非確定參數(shù)進(jìn)行殘余位移模擬的敏感性分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，以驗(yàn)證影響效果。結(jié)果表明，非確定參數(shù)對多條地震動中殘余位移最

4、大值影響較為明顯，且通過調(diào)整，可以獲得較好的殘余位移模擬精度。
　　3.為研究高強(qiáng)箍筋高強(qiáng)混凝土墩柱抗震性能，基于Elwood建立的普通強(qiáng)度鋼筋混凝土墩柱變形能力計(jì)算公式，對22個高強(qiáng)箍筋高強(qiáng)混凝土柱擬靜力試驗(yàn)進(jìn)行分析，驗(yàn)證了Elwood剪切破壞面對高強(qiáng)箍筋高強(qiáng)混凝土墩柱的適用性。使用Elwood模型模擬6個發(fā)生彎剪破壞的高強(qiáng)箍筋高強(qiáng)混凝土柱，將模擬與試驗(yàn)滯回曲線進(jìn)行對比，結(jié)果表明，滯回曲線吻合較好，修正模型對高強(qiáng)箍筋高強(qiáng)混凝土柱

5、的強(qiáng)度、剛度退化、殘余位移等具有較好的模擬精度。
　　4.為提高橋梁排架橫橋向抗震能力，減少橋墩地震損傷破壞，提出在排架中設(shè)置延性系梁的設(shè)想并給出了設(shè)計(jì)構(gòu)造措施。建立了無系梁排架和設(shè)置延性系梁排架抗震數(shù)值分析模型，通過擬靜力和增量動力分析(IDA)手段討論了延性系梁設(shè)置對減少排架地震反應(yīng)的效果。結(jié)果表明:延性系梁提高了橋梁排架橫橋向的強(qiáng)度和剛度，地震作用下，系梁先于排架橋墩發(fā)生屈服，形成塑性鉸并耗散地震能量，延緩了橋墩的破壞過程，