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原文传递不同连接构造的预制拼装桥墩抗震性能研究

论文题名：	不同连接构造的预制拼装桥墩抗震性能研究
关键词：	预制拼装桥墩;连接构造;抗震性能;易损性分析
摘要：	随着环境保护、高效快速以及安全性和经济性等要求愈发严格，桥梁施工采用预制拼装形式因工期短、交通和环境影响小、成本低的特点而被推广使用。桥墩是梁式桥的主要承重和抗侧力构件，在地震中极易发生破坏。目前，桥墩的预制拼装施工技术的应用仍较有限，且大多应用于低地震烈度区域，制约其在中高烈度区应用的重要原因是其抗震设计理论不够完善、抗震性能尚不明确。预制拼装桥墩的接缝是其薄弱位置，接缝连接构造能否形成可靠的传力机制是决定桥墩受力性能的关键因素，所以不同连接构造对桥墩抗震性能的影响成为了预制拼装桥墩的研究重点。　　本文主要针对预制拼装桥墩的一种新型带榫头灌浆金属波纹管连接构造，研究现浇桥墩、采用灌浆波纹管连接以及新型榫头灌浆波纹管连接的预制拼装桥墩在低周往复荷载下的受力性能，在基于性能的桥梁抗震设计理论背景下，对预制拼装桥墩的塑性铰区进行理论分析，建立其恢复力模型，并研究其在设计地震作用下的动力响应以及大量随机地震作用下的易损性，主要的研究工作与结论如下：　　（1）通过文献调研，对预制拼装桥墩的一般连接构造进行总结，明晰其连接构造的不同处理方式以及对桥墩抗震性能等各个方面因素的影响，并总结了国内外预制拼装桥墩的理论研究现状和地震作用下的抗震性能研究。　　（2）分析现浇桥墩和预制拼装桥墩试验现象及结果，根据预制拼装桥墩的损伤演化规律，将其抗震性能水准划分为无破坏、轻微破坏、中等破坏、严重破坏以及倒塌破坏这五种损伤状态，并确定各个性能水平的判别准则，对预制拼装桥墩塑性铰区力学特征进行理论分析，建立预制拼装桥墩等效塑性铰长度修正计算表达式，据此进一步提出预制拼装桥墩在水平作用下的力-位移关系解析计算方法，在此基础上通过对多组试验滞回曲线结果进行回归分析得到其卸载刚度计算表达式，并建立预制拼装桥墩的恢复力模型。　　（3）建立了预制拼装桥墩的精细化有限元模型，通过与试验结果对比表明，采用本文提出的建模方法建立的有限元模型能较准确且全面地反映预制拼装桥墩在往复荷载作用下的承载力、变形、等效刚度、残余位移和滞回耗能等受力性能，可将三种现浇及预制拼装桥墩有限元模型作为后续动力时程分析的基础模型。　　（4）基于规范设计加速度反应谱拟合出三组人工地震波，对三种现浇和预制拼装桥墩进行动力时程分析，研究设计地震作用下桥墩的位移和剪力时程、残余变形、地震耗能以及等效塑性应变等动力响应。结果表明有榫头构造的预制桥墩与现浇桥墩的地震响应结果较为接近，抗震性能相当；平面接缝的预制桥墩的位移响应和残余位移较大，榫头构造的存在提高了预制拼装桥墩的抗震性能。通过大量参数分析发现，轴压比越大，桥墩的位移响应以及塑性损伤程度和范围越大，剪力响应和地震耗能更大；纵筋配筋率越大，桥墩的位移响应、地震耗能以及塑性损伤程度和范围越小，但影响作用都较小。　　（5）基于本文确定的预制拼装桥墩抗震性能水准划分方法，根据拟静力试验结果选定易损性分析所需的损伤指标，选取符合场地类型的多条实际地震波并通过调整加速度幅值对三种现浇和预制拼装桥墩进行增量动力分析，以研究随机地震作用下预制拼装桥墩的地震易损性。结果表明采用波纹管连接的预制拼装桥墩与现浇桥墩的地震易损性总体来看差别不大，在地震作用下的抗震性能基本一致；有榫头构造的预制拼装桥墩在各级地震作用下发生各级损伤破坏的概率最低，这种构造形式优于平面接缝，有更好的抗震性能。通过大量参数分析发现，轴压比、纵筋配筋率这两种参数对桥墩的易损性影响较大，随着轴压比的增大或配筋率的减小，桥墩的损伤概率增大。
作者：	闫明辉
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	胡志坚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021