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原文传递考虑自复位性能的预制节段拼装桥墩地震损伤模型研究

论文题名：	考虑自复位性能的预制节段拼装桥墩地震损伤模型研究
关键词：	预制节段拼装桥墩;抗震性能;地震损伤模型;自复位性能
摘要：	预制节段拼装桥墩具有良好的自复位性能和极限位移能力，但其地震作用下的损伤机理尚不明确，传统的损伤评价方法无法准确描述预制节段拼装桥墩的地震损伤，如何准确合理的评估损伤状态是预制节段拼装桥墩全寿命周期抗震性能研究中的重要问题。本文为了得到适用于预制节段拼装桥墩的地震损伤模型，对其抗震性能和损伤机理进行分析，提出考虑桥墩自复位性能的地震损伤模型。　　本文对预制节段拼装桥墩进行三维实体有限元建模，比较了不同设计参数的桥墩地震作用下的性能水平和材料损伤的发展特征。随后，从预制节段拼装桥墩的自复位性能特点和损伤机理出发，对自复位性能表征方法进行研究并简化。提出自复位修正因子描述桥墩在地震作用下的耗能损伤情况，最终得到考虑自复位性能的地震损伤评估模型。本文所做主要研究工作如下：　　（1）采用ABAQUS有限元实体单元分析软件对预制节段拼装桥墩进行了精细化有限元建模，并对比试验进行了验证，经验证模型可以有效预测桥墩在循环加载作用下的力学行为。设置了5组不同设计参数的桥墩进行抗震性能分析和参数敏感性研究，并对各个桥墩损伤情况进行归纳，比较不同设计参数对桥墩损伤机理的影响，基于此提出针对桥墩抗震性能的参数优化设计建议。　　（2）根据试验和数值模拟中的损伤发展过程，对预制节段拼装桥墩的损伤机理从摇摆和滑移两种现象进行分析。参考既有的预制节段拼装桥墩的自复位性能参数表征方法，采用代表弯矩贡献比的自复位系数，基于截面状态分析进行简化计算方法研究。基于简化计算方法表征23个不同桥墩极限损伤状态的自复位性能。　　（3）针对钢筋混凝土结构地震损伤评估方法的不足，本文在Park-Ang双参数地震损伤模型的基础上，考虑预制节段拼装桥墩自复位性能和耗能损伤的关系进行损伤评估方法改进。通过MATLAB统计分析23个试件的极限状态损伤指标值与自复位系数的定量关系，提出自复位修正因子对桥墩的地震耗能损伤进行修正，得到适用于预制节段拼装桥墩的地震损伤模型。此外，结合加载过程桥墩材料尺度的局部易损部位损伤与构件尺度的性态水平退化，研究桥墩损伤状态与构件和材料特征指标的联系，确定各损伤发展状态间的界限指标，提出预制节段拼装桥墩的跨尺度损伤分级。　　主要结论如下：　　（1）设计参数对预制节段拼装桥墩抗震性能和损伤机理的主要影响包括：增加耗能钢筋无粘结长度能保护耗能钢筋不过早破坏，过大的无粘结长度将限制桥墩的耗能能力；增加耗能钢筋配筋率能显著提高桥墩的耗能能力，但会影响桥墩的自复位能力；初始预应力水平过低可能导致节段间的滑移剪切破坏；采用普通高强混凝土的桥墩极限位移能力明显下降，但相同位移幅值下耗能能力较强。　　（2）极限状态下基于弯矩贡献比的自复位系数能够评价桥墩的自复位性能，自复位系数的简化计算方法适用于已知加载情况以及材料变形的情况，经验证简化后的计算方法与解析方法的误差在可接受范围内。　　（3）预制节段拼装桥墩的耗能损伤与自复位性能之间呈现明显的相关性，考虑自复位性能的地震损伤模型具有一定物理意义，各损伤分级的界限状态损伤指标与损伤发展现象相符，该损伤模型可用于预制节段拼装桥墩的全寿命周期分析中定量评估桥墩的震后性能水平。
作者：	蒋定之
专业：	建筑与土木工程
导师：	张于晔;刘仁阳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京理工大学
学位年度：	2021