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原文传递外置粘弹性阻尼器自复位节段拼装桥墩抗震性能研究

论文题名：	外置粘弹性阻尼器自复位节段拼装桥墩抗震性能研究
关键词：	桥梁建筑;墩台结构;抗震设计;粘弹阻尼器
摘要：	近年来国内外发生的历次地震都对桥梁结构造成严重破坏。桥梁在地震过程中所发生的损伤和残余变形，不仅影响震后救灾和社会快速恢复，而且会带来高额的重建和修复费用。自复位节段拼装混凝土桥墩是近些年来所发展的一种新型桥梁结构型式，其将墩身分为若干节段通过后张预应力筋完成现场拼装，具有施工速度快、自复位能力强和综合经济效益高等优点。但是，自复位节段拼装桥墩由于将桥墩分割成多个节段，也存在耗能能力差的缺陷，一定程度上影响了结构的抗震性能，限制了该技术在高烈度区的应用。本文针对常规自复位节段拼装桥墩耗能能力不足的问题，提出了一种安装粘弹性阻尼器的被动耗能减震方法，并进行了理论分析、数值模拟和试验研究。　　本研究主要内容包括：⑴将自复位预制拼装剪力墙分析的Kuruma模型引入到节段拼装桥墩的有限元分析中，通过有限元建模和数值模拟研究了自复位节段拼装桥墩的滞回性能，并与普通钢筋混凝土桥墩和自复位拼装桥墩的试验结果进行了对比分析和验证。针对 Kuruma模型不能模拟节段拼装桥墩接缝局部变形的缺陷，采用零长度单元模拟接缝，建立了可有效模拟接缝变形的自复位节段拼装桥墩的有限元模型。将有限元模型分析结果与 Kuruma模型模拟结果进行对比分析，验证了该建模方法的正确性。⑵为了提高自复位节段拼装桥墩的耗能能力，提出了一种具有双向耗能能力的粘弹性阻尼器，发展了自复位节段拼装桥墩被动耗能减震方法。在介绍粘弹性阻尼器构造和安装方法的基础上，针对阻尼器在不同方向地震动输入下的变形特征，推导了拉伸型和平动扭转型粘弹性阻尼器的力学模型。基于粘弹性阻尼器的变形特征及力学模型，采用OpenSees有限元软件建立了安装阻尼器后的自复位拼装桥墩有限元模型。通过滞回分析和动力时程分析，对有控和无控结构的抗震性能进行了研究。⑶设计制作了4个仅底部节段和墩身多节段自复位拼装桥墩试验模型，开展了有控和无控结构的拟静力试验。首先完成了试验用粘弹性阻尼器的性能试验，确定了粘弹性材料和阻尼器的力学性能参数。然后介绍了节段拼装桥墩的设计制作过程、加载及测试方案。最后在试验模型拟静力试验测试数据的基础上，分析了底部节段和墩身多节段自复位拼装桥墩在有无安装粘弹性阻尼器条件下的滞回性能，研究了各工况下构件的承载力、侧向刚度、滞回耗能和预应力变化等抗震性能指标。⑷针对不同方向地震动输入下拉伸型和平动扭转型粘弹性阻尼器的变形特征，推导了阻尼器对结构所提供的等效附加刚度和等效附加阻尼的计算方法。采用基于位移的抗震设计方法，建立了安装粘弹性阻尼器的自复位节段拼装桥墩的抗震设计方法。采用该方法对某自复位节段拼装桥墩进行了抗震设计，并通过OpenSees有限元模型的动力分析验证了所提设计方法的有效性。
作者：	高慧兴
专业：	防灾减灾工程及防护工程
导师：	郭安薪
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文