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原文传递 Study of Seismic Behavior of Innovative Resilient Reinforced Concrete Precast Bridge Columns Using Composite and Traditional Materials

论文题名：	Study of Seismic Behavior of Innovative Resilient Reinforced Concrete Precast Bridge Columns Using Composite and Traditional Materials
关键词：	钢筋混凝土桥梁;预制桥墩;耗能系统;自复位能力
摘要：	自复位（Self-centering，简称SC）系统是一种用于钢筋混凝土桥墩的系统。诸多研究者对自复位预制桥墩横向性能进行了研究。众多学者在对其抗侧性能进行广泛研究后发现，在钢筋混凝土桥墩中使用自复位系统可以有效克服传统系统的诸多缺点。然而，该系统的滞回耗能（energydissipation，简称ED）能力远低于传统整体混凝土系统。在以往文献中提出了几种辅助耗能器用于提高自复位预制桥墩的耗能能力，包括内置耗能筋和外置耗能器件。在强烈地震作用后，现有耗能装置不能完全达到预制桥墩所需的恢复性能。因此，非常有必要对现有耗能器进行改进或开发新型耗能系统，使其满足不同地震烈度下钢筋混凝土桥梁及预制桥梁系统（如单柱桥墩、墙式桥墩和多柱桥墩）的使用要求。　　论文的第一部分（第一章和第二章）系统性地介绍了典型自复位预制桥墩的施工工艺、结构系统和地震响应。此外，本文总结了现有文献中关于各种参数对典型自复位预制桥墩系统阻尼性能的影响。在此基础上，结合实验研究，对现有耗能装置进行了全面探讨。自复位预制桥墩耗能装置可分为两类：内置耗能钢筋和外部耗能装置。在对各类耗能装置进行详细探讨后，本文引入了一个创新的理念，即在中、高地震区采用预制钢筋混凝土构件作为自复位混凝土桥墩的耗能系统。　　本文提出了一种适用于中震区预制节段钢筋混凝土桥墩的新型复位系统。新型系统由一个典型的预制空心钢筋混凝土节段柱和一个耗能装置组成，其中耗能元件为放置在预制节段桥墩中空部分的预制钢筋混凝土柱。作为一种新型的损伤控制构件，耗能构件（内置柱）的应用可为复位系统提供足够的耗能能力。本文采用商用有限元软件，建立了预制节段桥墩三维试验模型，并在验证有限元正确性后，采用数值模拟全面研究了所提出的系统在横向循环荷载作用下的性能，参数分析范围涵盖内置柱与主柱（预制节段桥墩）的柱高比和截面面积比、混凝土抗压强度、钢筋强度和纵筋配筋率。　　为保证大震区桥梁的侧向复位性能，本文通过将混合预制柱系统（自复位内置柱）代替传统柱，开发了一种可应用于预制节段桥墩的新型恢复系统。自复位内置柱结合了后张钢筋束和有粘结低碳钢筋两种耗能器件，因而在地震作用下，可通过后张钢筋束实现复位摇摆，并通过低碳钢筋耗散能量。为了研究所开发的预制桥墩系统的横向性能，本文进行了参数研究，分析了配筋率、后张预应力力水平和无粘结长度等参数对柱横向性能的影响。此外，本文还研究了三种不同厚度的FRP约束对自复位内置柱的损伤容差提升的影响。值得注意的是，考虑到连续地震的影响，本文对所提出的系统进行循环加载。　　最后，本文将预制钢筋混凝土单元作为可更换耗能结构系统应用于诸如预制墙墩、预制多柱桥墩等预制桥墩系统中。为推广该系统在中、高震区的应用，预制耗能元件以两种形式与主自复位系统共同使用。第一种形式是由传统材料（即钢筋和混凝土）制成的预制钢筋混凝土柱，第二种形式是由低碳钢钢筋和后张钢筋束（混合预制系统）组合而成。利用商用有限元软件，建立了预制墙墩和预制双柱桥墩的三维有限元模型，并对其正确性进行验证，以研究该系统在循环荷载作用下的横向性能。　　本文重点研究了不同自复位系数对所述系统对横向性能控制效果的影响，对试验结果进行了讨论和总结，提出了所开发系统的推荐自复位系数值。论文结尾，展现了该研究的小结以及数值分析所得到的整体结论，同时也提出了进一步研究的建议。
作者：	Amr Mahmoud Ahmed Moussa
专业：	土木工程
导师：	吴智深;Mohamed F.M.Fahmy
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021