详情

原文传递腐蚀环境下钢筋混凝土墩柱抗震性能研究

论文题名：	腐蚀环境下钢筋混凝土墩柱抗震性能研究
关键词：	钢筋混凝土桥墩;腐蚀行为;抗震性能;滞回曲线
摘要：	地震是威胁人类和建筑结构的突发性自然灾害,桥梁是交通运输重要命脉,地震中桥梁结构的安全关系到整个抗震救灾。桥梁抗震质量如何关系到整个国家抗震能力。世界各国地震表明,整个桥梁结构中最容易遭受破坏的就是下部结构桥墩,桥墩的破坏已成为现代桥梁震害的最主要特征。桥墩作为个支撑桥梁上部结构的主要构件,不仅承受上部恒载,车辆动载作用以及地震,风浪等突发荷载,同时还受环境作用,如大气环境下混凝土碳化,北方寒冷地区冻融循环,海洋环境高浓度氯盐造成的钢筋腐蚀以及浪溅区的干湿循环等。因此现实中的桥墩在正常使用状态下必然存在一定的损伤,由于耐久性不足导致的损伤,往往导致桥墩的承载能力退化,抵抗地震等自然灾害的能力下降。然而这些在役损伤桥墩能否承受地震荷载作用对于整个桥梁的安全具有重要意义。从某种程度上,与研究新建桥墩抗震性能相比,研究损伤钢筋混凝土结构抗震性能显得更为重要。　　本文结合桥梁墩柱特点,查阅国内外文献,从构件角度简化,研究受恒定轴压和水平荷载的墩柱的抗震性能从一定程度上反映桥墩抗震性能。本课题前期工作通过试验制作八根钢筋混凝土墩柱试件,进行通电加速腐蚀后拟静力加载,分析滞回性能以及加载时裂缝开展和墩柱破坏形态以此反映墩柱抗震性能。本文主要工作是运用数值模拟的方法,通过对试验对比和扩展,用有限元软件Open Sees和DIANA分别对墩柱建立纤维模型单元和二维平面应力单元模型,用不同方法考虑钢筋腐蚀,分析钢筋腐蚀对钢筋混凝土墩柱滞回曲线,骨架曲线,耗能能力,延性,刚度退化,刚度退化等抗震性能的影响,并进行了一定的扩展分析。本文研究对于在役损伤桥墩的震后评估和抗震设计提供可靠的指导。　　通过本文研究得出以下结论: 　　(1)通过Open Sees软件建立纤维单元塑性铰模型,对腐蚀墩柱进行模拟,得出本文选取的腐蚀本构模型和有限元模型对墩柱能进行合理的模拟。对试验腐蚀率进行扩展,得出墩柱的屈服位移,极限位移,屈服荷载,极限荷载等抗震性能随腐蚀率增大呈线性降低;腐蚀率16％之前影响相对较小,腐蚀率大于16%影响较大。　　(2)对试验进行扩展,考虑除腐蚀以外的其他因素如墩高,纵筋率,剪跨比,配箍率等因素对墩柱滞回曲线,骨架曲线,延性,屈服强度,极限强度等的影响,模拟结果显示混凝土强度,纵筋率提高墩柱强度较明显,轴压比和柱高对于承载力和延性均不利,配箍率对于提高承载力不明显,加载后期延性提高较明显。　　(3)在前文纤维单元模型基础上,对桥墩进行弹塑性时程分析。结果表明墩顶位移随地震强度增大成比例的增大,基底剪力随地震强度变化较小。墩顶位移随腐蚀率的增大而增大,基底剪力随腐蚀率的增大而减小,腐蚀使墩柱由弹性提前进入塑性。　　(4)采用三种不同本构模型,用DIANA有限元软件对实验墩柱按二维平面应力原理进行模拟,分析单调荷载和低周反复荷载下墩柱抗震性能。随着腐蚀率增大,墩柱极限承载力降低,曲线捏拢;不同本构关系的滞回曲线变化趋势相近,最大值有所区别。随着腐蚀率增大,裂缝开裂程度加重,钢筋最大等效应力降低。
作者：	张俊萌
专业：	结构工程
导师：	方从启
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文