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原文传递带耗能壳板的装配式钢框架墩耗能机理及设计方法

论文题名：	带耗能壳板的装配式钢框架墩耗能机理及设计方法
关键词：	钢框架桥墩;耗能壳板;耗能机理;设计方法
摘要：	地震是桥梁工程在役期内必须考虑的风险因素之一。桥梁结构遭受强震后往往会发生较大的残余变形和严重损伤，结果很难修复或因修复时间长而严重影响救灾应急工作和正常使用。因而，桥梁抗震设计正从结构倒塌的防止转向结构功能的可恢复。桥墩作为桥梁的主要承重构件，对桥梁的抗震性能和震后功能恢复起至关重要的作用。并且装配式钢桥墩具有轻质高强、延性好、工业化程度高、施工周期短等优点。但强震作用下装配式钢桥墩端部区域仍会出现局部屈曲和竖向开裂等损伤破坏现象，导致其抗震性能严重退化甚至难以修复。这不仅造成了巨大的经济损失，而且阻碍了震后生产生活的快速恢复。因此装配式钢桥墩震后功能可恢复性及其机理、对策的研究，具有重要的现实意义和工程应用价值。　　本文的创新点在于，将结构震后功能可恢复和耗能构件可更换引入钢框架桥墩：在墩柱塑性铰区外置低屈服耗能壳板来保护墩柱主体结构，且外置耗能壳板易于震后修复或更换。采用数值模拟方法比较研究了水平往复荷载作用下装配式钢框架桥墩与带耗能壳板的装配式钢框架桥墩的抗震性能，如滞回曲线、耗能能力、等效粘滞阻尼比、刚度和强度等。然后，通过参数敏感性分析探讨了耗能壳板参数（如材料屈服应力、安装高度和厚度）以及墩柱参数（如轴压比、长细比和钢板宽厚比）对装配式钢框架桥墩抗震性能的影响及其规律。最后，根据参数敏感性分析结果，建立了墩柱与耗能壳板的屈服位移比与耗能壳板参数和墩柱参数的拟合经验公式，基于理论模型和拟合经验公式设计墩柱和耗能壳板的几何参数，构建了带耗能壳板的装配式钢框架桥墩功能可恢复设计方法。　　研究结果表明：（1）带耗能壳板的装配式钢框架桥墩抗震性能优于装配式钢框架桥墩，且耗能壳板先于墩柱屈服，有效保护了墩柱主体免遭地震损伤。（2）耗能壳板安装高度、厚度越大，其滞回性能、刚度、强度和等效粘滞阻尼比的抗震性能越好，但安装高度过大也没有促进作用，同时耗能壳板厚度过大会减小等效粘滞阻尼比而影响耗能能力；随着墩柱轴压比、长细比以及钢板宽厚比的减小，承载能力、滞回曲线包络面积、最大水平力等抗震性能也随之增强；耗能壳板材料强度对于抗震性能的影响几乎可忽略。（3）考虑耗能壳板参数（安装高度和厚度）和墩柱参数（轴压比和钢板宽厚比）与屈服变形比来应用软件1stOpt回归的拟合经验公式与数值模拟数据的相关系数R为0.965，具有较高的计算精度；基于数值模型和拟合经验公式重新设计墩柱和耗能壳板的几何参数，采用推倒分析和弹塑性地震反应分析的算例验证了带耗能壳板的装配式钢框架桥墩功能可恢复设计方法的有效性和可行性，得出的设计方法能够系统地完善耗能壳板对装配式钢框架墩耗能损伤控制。本研究成果可为装配式钢框架墩的震后功能可恢复设计以及有关规范指南的制定提供理论依据和分析手段，为实际工程抗震设计提供参考与借鉴。
作者：	孙钰苗
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	谢文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	宁波大学
学位年度：	2020