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原文传递基于Opensees的无粘结预应力混凝土桥墩数值模拟与抗震性能分析

论文题名：	基于Opensees的无粘结预应力混凝土桥墩数值模拟与抗震性能分析
关键词：	钢筋混凝土桥墩;拟静力试验;残余位移;预应力技术;数值模拟
摘要：	桥梁结构在地震后主要发生的破坏是桥墩丧失承载力和产生较大的残余变形。而现行规范和设计方法一般仅致力于保障桥墩在地震作用时的承载力和变形能力，未考虑其震后的残余变形对桥梁可修复性和通行性的影响。地震过后，如果能将桥墩结构的残余变形控制在一定的限值内，将有利于震后的继续运营，保证救援工作的开展，及震后构件的修复，减小经济损失。而在钢筋混凝土墩柱中布置无粘结高强度预应力钢筋是减少墩柱残余变形和提高其复位性能的有效方法，但在国内，无粘结预应力混凝土桥墩的试验研究和理论分析都相对匮乏。据此，本文利用有限元软件Opensees建立无粘结预应力混凝土桥墩有限元模型，并根据已有试验结果对模型进行验证与优化，最后，对其抗震性能进行研究分析。本文研究的具体内容如下: 　　1、查阅国内外大量相关资料，对预应力混凝土桥墩的研究意义、研究现状、研究方法和应用实例进行全面介绍，并简述了本文的主要工作。　　2、简述了地震工程模拟软件Opensees的研发、突出特点、应用范围及研究现状。阐述了纤维模型分析方法和纤维模型计算方法，分析了纤维模型法的特点和优势。　　3、基于Opensees建立有限元计算分析模型，对同济大学的两根钢筋混凝土桥墩试件拟静力试验进行数值模拟，并通过改变材料单元、材料本构模型、结构单元和积分点数目等模型参数，对模型进行优化。结果表明，钢筋材料模拟单元、钢筋本构关系和单元数目的划分对桥墩结构滞回曲线、骨架曲线和残余位移等模拟结果影响显著。　　4、系统分析初应力法、初应变法和等效荷载法所建无粘结预应力混凝土桥墩有限元计算分析模型，并与两根无粘结预应力混凝土桥墩拟静力试验结果进行比对，归纳、比较了三种模拟方法的适用范围。结果表明，采用初应力法所建模型的模拟效果优于等效荷载法和目前常采用的初应变法。采用初应力法能较好模拟截面四周布置预应力筋的无粘结预应力混凝土桥墩在低周反复荷载作用下的实际受力状况，且能较好模拟截面中心布置预应力筋的无粘结预应力混凝土桥墩在低周反复荷载作用下的实际受力状况。　　5、根据已有有限元模型，进一步研究预应力钢筋在桥墩中所发挥的作用，以及预应力筋的布置位置对其发挥作用有何影响。结果表明，由于无粘结预应力筋为试件提供预压力，使得桥墩的初始刚度、屈服荷载和峰值荷载等均有一定程度的提高，而卸载刚度减小趋势明显。且通过分析发现，若预应力束放置在截面中心处，主要体现其提供轴压的作用;预应力束如果沿截面的边缘布置，不但能够体现其提供轴压的作用，还能更好的发挥其高弹性恢复能力。　　6、由于预应力筋的布置与其发挥的作用有关，本文分别对截面边缘、截面中心布置无粘结预应力筋的预应力混凝土墩柱的抗震性能进行参数分析。系统研究恒载轴压比、纵筋配筋率、剪跨比、混凝土强度、预应力钢筋预拉力大小、预应力钢筋布置位置和预应力钢筋配筋率等若干因素对无粘结预应力混凝土桥墩滞回曲线、骨架曲线、卸载刚度和残余位移等抗震性能的影响规律。
作者：	信坤
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	钟铁毅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文