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原文传递车辆撞击作用下SRP加固预制节段拼装桥墩的动态响应研究

论文题名：	车辆撞击作用下SRP加固预制节段拼装桥墩的动态响应研究
关键词：	预制节段拼装桥墩;高强钢丝织物复合材料;车辆撞击作用;损伤破坏特征;残余位移;截面损伤
摘要：	车辆撞击桥墩事故会对交通系统造成严重的危害与经济损失。桥墩作为桥梁系统设计中的重要承重构件，对其在车辆撞击下的相关研究有着重要的工程和实际意义。现有的车辆撞击研究大都集中于整体现浇桥墩领域，相比之下，对施工效率更高的预制节段拼装桥墩的相关研究却较少，尤其是对预制节段拼装桥墩的防撞击加固研究仍十分匮乏。　　因此，本文设计采用高强钢丝织物复合材料（Steel Reinforced Polymer,SRP）加固预制节段拼装桥墩，研究其在车辆撞击作用下的动态响应及SRP加固效果。分析预制节段拼装桥墩受撞后的损伤破坏特征，提出考虑残余位移和截面损伤的预制节段拼装桥墩损伤评估方法。本文的主要工作内容有：　　（1）为模拟车辆对SRP加固预制节段拼装桥墩的撞击作用，建立预制节段拼装桥墩的数值仿真模型和等效卡车钢架模型。基于既有车辆撞击桥墩试验结果，验证桥墩建模方法的准确性和等效卡车钢架模型的合理性。　　（2）在相同车辆撞击工况下，对比分析SRP加固墩与未加固桥墩的撞击力、位移和墩身损伤。设计正交数值试验，研究SRP加固位置、SRP包裹层数、初始预应力水平和节段长细比对SRP加固墩动态响应的影响规律，分析车辆撞击作用下SRP的应变分布规律，以研究SRP的加固效果。　　（3）对预制节段拼装桥墩在车辆撞击下的动态响应和破坏过程进行研究，分析不同损伤状态下的残余位移与截面损伤的变化规律。提出考虑残余位移和截面损伤的桥墩损伤评估方法，并依据桥墩在车辆撞击下的位移响应和损伤破坏特点进行损伤等级划分。基于分析数据确定各等级损伤指标的界限值并验证损伤指标的合理性。采用提出的损伤评估方法对SRP加固墩与未加固桥墩进行损伤评估。　　本文主要有以下结论：　　（1）SRP加固预制节段拼装桥墩可以减小车-桥墩接触面刚度，从而减小撞击力；与未加固桥墩相比，SRP加固的预制节段拼装桥墩的剪切滑移和桥墩侧向位移更小；SRP加固墩墩身混凝土损伤更轻微。说明SRP加固墩抗撞击性能更高。　　（2）与其他加固位置相比，采用SRP对桥墩底部和接缝处加固时，预制节段拼装桥墩具有更稳定的动态响应。SRP包裹3层的桥墩自复位性能更好。初始预应力水平为20%的桥墩在侧向位移和桥墩整体刚度方面综合表现更好。节段长细比的变化会对节段剪切滑移产生明显影响。SRP加固可以限制节段剪切滑移和侧向位移，减轻墩身混凝土损伤，从而提高桥墩的自复位性能和整体稳定性。　　（3）基于桥墩动态响应与损伤特征分析，得知残余位移比和截面损伤率与节段拼装桥墩的损伤程度密切相关，提出了适用于预制节段拼装桥墩的受撞损伤评估方法，并结合车辆-桥墩撞击数值试验数据验证了评估指标的合理性。
作者：	李清华
专业：	建筑与土木工程
导师：	张于晔;李家红
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京理工大学
学位年度：	2021