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原文传递外置耗能式自定心混凝土桥墩抗震性能研究

论文题名：	外置耗能式自定心混凝土桥墩抗震性能研究
关键词：	混凝土桥墩;地震荷载;耗能装置;抗震设计
摘要：	作为桥梁的下部结构，钢筋混凝土桥墩起着支承上部结构、传递荷载的作用。基于现行延性设计方法得到的桥墩在地震中通过自身的塑性变形来耗散能量，因此震后往往存在较大残余变形而影响桥梁的正常使用，并给修复带来困难。鉴于此，本文提出了一种“含外置耗能装置的自定心混凝土桥墩”，桥墩在震后的残余变形可以消除或大大减少，而损伤集中在易于更换的附加耗能件上，同时耐腐蚀材料的应用提高了桥墩在氯离子环境下的耐久性。围绕这一新型桥墩，本文先后展开了其构造形式、力学行为的理论分析、低周反复加载试验、数值模拟研究以及地震作用下的易损性分析。　　本研究主要内容包括：⑴自定心混凝土桥墩的构造形式研究。其中，钢筋混凝土桥墩和承台由工厂预制，在现场通过后张法无粘接预应力筋进行拼接。桥墩下部设有牛腿以固定耗能件，并可方便地进行耗能件的拆卸和替换。当桥墩所受倾覆弯矩超过墩柱-基础接触面的临界张开弯矩时，接触面张开，在桥墩发生刚体转动时耗能件出现塑性变形耗能;震后，墩柱-基础接触面在预应力的作用下重新闭合。为避免桥墩转动时混凝土的局部受压破坏，桥墩底部预先埋置在套筒内。套筒、预应力筋和耗能件分别采用玻璃纤维管、玄武岩纤维棒和改性铝棒提高其耐腐蚀性。⑵自定心混凝土桥墩力学行为的理论分析研究。针对桥墩的顶点侧向力-侧向位移关系，进行了理论分析，分别基于精细模型和简化模型，推导了结构在各受力阶段的变形、位移、抗侧刚度以及等效粘滞阻尼系数的计算公式。理论分析和实验结果吻合较好，为自定心桥墩后续的设计提供了参考。⑶自定心混凝土桥墩的低周反复加载试验研究。设计了15组试验，对自定心混凝土桥墩在循环荷载下的抗震性能进行了研究。考察了预应力大小、耗能件构造、预应力筋材料、有无GFRP套筒等因素对结构抗侧刚度、耗能能力和构件损伤的影响。试验结果表明，本文提出的自定心桥墩具有震后自复位、主体结构基本无损等优点。⑷自定心混凝土桥墩的数值模拟。在理论分析和试验研究的基础上，利用开源有限元软件OpenSees对自定心混凝土桥墩的数值模拟方法进行了研究，涉及墩柱-基础接触面的张开与闭合、预应力筋提供的自定心及铝棒耗能等。数值模拟结果与实验数据吻合良好，表明了该数值模拟方法的有效性。⑸自定心混凝土桥墩的易损性分析。建立了一个钢筋混凝土桥墩和自定心混凝土桥墩的有限元模型，进行增量动力分析并考察结构的弹塑性响应和地震动强度之间的关系。由易损性曲线可知，以最大位移角作为抗震性能指标时，所设计的自定心桥墩的超越概率接近但稍高于钢筋混凝土桥墩;而以残余位移角为性能指标时，自定心桥墩的超越概率显著小于钢筋混凝土桥墩。
作者：	曹志亮
专业：	防灾减灾工程及防护工程
导师：	郭彤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文