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原文传递配置细晶粒高强钢筋的高速铁路桥墩抗震性能研究

论文题名：	配置细晶粒高强钢筋的高速铁路桥墩抗震性能研究
关键词：	铁路桥梁;墩台结构;地震荷载;抗震设计
摘要：	混凝土结构采用高强钢筋可以减少钢筋用量，具有环境保护和可持续发展的重要意义。目前我国高速铁路桥墩的主筋普遍采用HRB335钢筋，亟需推广应用高强钢筋。而作为桥梁的支撑结构，高速铁路桥墩必须具有较高的抗震性能。国内外现有对配置高强钢筋墩柱抗震性能的相关研究主要针对建筑结构中的框架柱，其截面形式、配筋率、轴压比等均不同于我国的高速铁路桥墩。500MPa级细晶粒钢筋(HRBF500)是我国自主研发的一种延性高、经济性好的新型高强钢筋。本文根据我国高速铁路桥墩的设计特点，通过试验研究、理论分析及数值模拟相结合的方法，对配置HRBF500钢筋的高速铁路桥墩的抗震性能进行了研究。　　本研究主要内容包括：⑴对5个配置HRBF500钢筋和1个配置HRB335钢筋的圆端形桥墩试件进行了拟静力试验研究。结果表明，配置HRBF500钢筋的圆端形桥墩抗震性能变化规律与配置HRB335钢筋时基本相同;配置HRBF500钢筋可以提高桥墩的承载力，显著减小纵向钢筋的用量。基于OpenSees软件平台对桥墩的抗震性能进行了数值模拟，并分析了轴压比、混凝土强度、配箍率、钢筋强度、配筋率、截面的宽厚比、以及混凝土中碳纤维的掺量等参数对桥墩抗震性能的影响规律。⑵进行了2个配置HRBF500钢筋的圆端形桥墩试件在不同地震波作用下的拟动力试验，揭示了高速铁路桥墩在实际地震中的破坏特征，并对地震反应过程中桥墩的动力响应以及能量的吸收、分配和耗散过程进行了分析。结果表明，配置HRBF500钢筋的高速铁路桥墩试件具有很好的抗震性能，满足设计的抗震设防要求。⑶基于墩底截面弯矩-曲率分析和塑性铰模型提出了骨架曲线特征点的通用计算方法，建立了高速铁路圆端形桥墩的恢复力模型。基于OpenSees软件平台实现了恢复力模型对拟静力试件和拟动力试件的模拟分析，计算结果与试验数据吻合较好。对原型高速铁路桥墩的地震反应进行了参数分析，考察了不同地震波、钢筋强度及配筋率对高速铁路桥墩地震响应的影响。⑷进行了3个配置HRBF500钢筋的圆端形桥墩试件的低周疲劳试验，研究了不同位移幅值循环下高速铁路桥墩累积损伤的发展规律。针对Park-Ang地震损伤模型无法考虑加载历程对结构累积损伤的影响以及边界条件存在缺陷等问题，在Park-Ang模型的能量项中引入基于低周疲劳损伤的修正因子、位移项中增加组合系数，建立了Park-Ang模型的改进模型。通过与本文及Kunnath试验结果的对比，验证了本文改进模型的有效性。⑸提出了高强钢筋实现低配筋铁路桥墩延性抗震的思路并对其机理进行了理论分析，通过1个配置HRBF500钢筋且全截面配筋率只有0.33％的矩形桥墩试件的拟静力试验进行了验证，建立了矩形墩柱延性抗震最小配筋率的计算公式。对1个配置HRBF500钢筋的高速铁路矩形双柱墩试件进行了横向拟静力试验，并利用有限元程序ABAQUS进行了数值模拟分析。结果表明，高速铁路矩形双柱墩横向抗震的破坏模式与规范中假定的模式不同，主要表现为系梁的弯剪破坏。
作者：	李秉南
专业：	土木工程
导师：	戴航
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文