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原文传递灌浆GFRP套管约束预制节段桥墩抗震性能研究

论文题名：	灌浆GFRP套管约束预制节段桥墩抗震性能研究
关键词：	预制节段桥墩;玻璃纤维增强塑料管;抗震性能;滞回性能;压弯承载力
摘要：	现代化施工对结构提出了快速化、降低对周围交通和环境影响的要求，预制节段拼装技术为解决该问题提供了很好的思路。传统的预制节段墩柱抗震性能较差，限制了其在中高烈度地区的应用。随着我国的桥梁建设逐步向高地震危险区发展，如何将预制拼装技术进行推广应用，已经成为越来越多学者的研究重点和热点。鉴于此，本文提出了灌浆GFRP套管约束预制节段桥墩这一新型组合结构，对其进行拟静力试验、数值模拟和理论分析，旨在揭示该组合结构的破坏机理，得到该结构有效的数值模拟和抗震设计方法。本文的主要工作如下：　　（1）设计了8个大比例尺的灌浆GFRP套管约束预制节段桥墩，研究了耗能筋配筋率、夹层混凝土强度、内部节段采用废弃大块体混凝土、内部混凝土整体浇筑、外部套管截断、底节段与承台现浇、耗能筋机械套筒连接等试验参数对其抗震性能指标的影响。研究表明:试件主要为局部的GFRP管抗弯失效破坏；除耗能筋机械套筒连接试件外，各试件的滞回曲线较为饱满，残余位移较小，抗震性能优越；GFRP管的约束使得试件承载力和耗能退化不明显，滞回性能优越；试件的承载力和耗能取决于耗能筋是否充分发挥作用；内部混凝土整体浇筑会增大承载力、耗能、延性、初始刚度、等效和卸载后刚度，减小预应力损失，进而显著减小残余位移；增大耗能筋配筋率会加速试件破坏，导致承载力、耗能、延性降低，但会增大初始刚度；增大夹层混凝土强度、节段采用废弃混凝土均会延缓试件破坏，承载力、耗能、初始刚度增大，延性降低；底节段与承台现浇在局部加强了整体性，承载力、耗能、延性、初始刚度、等效和卸载后刚度增大，但残余位移增长速度较快；外部套管截断、耗能筋机械套筒连接对试件整体受力不利，导致承载力和耗能减小，前者对初始刚度影响较小，后者则会增大初始刚度和延性；预应力筋应保持1.7倍的富裕度。　　（2）利用Abaqus进行了试件滞回性能分析，改进灌浆GFRP套管约束预制节段桥墩的耗能筋布置形式，进而研究了内部节段数量和混凝土强度、夹层混凝土强度、耗能筋配筋率、外部GFRP管厚度、重力轴压比、长细比等参数对改进型墩柱抗震性能的影响。研究表明：节段数量对其抗震性能基本无影响；节段和夹层混凝土强度增大，对耗能和峰值位移角影响不大，但会增大承载力和等效刚度；耗能筋配筋率和重力轴压比增大，承载力、等效刚度、耗能、峰值位移角均增大；外部GFRP管厚度增加，承载力和等效刚度增大，对峰值位移角无影响，但耗能减小；长细比增加，会导致承载力和等效刚度减小，耗能、峰值位移角增大。　　（3）分析了拟静力试验中耗能筋未通长布置的组合柱以及数值模拟计算中耗能筋通长布置的改进型组合柱的压弯承载力。通过对混凝土、钢筋、GFRP管等在极限状态时的受力进行合理假设，基于极限平衡理论，提出了这两类组合柱的承载力简化计算方法。计算值与试验和数值模拟结果吻合良好，整体误差在20%以内，可以用于这两类柱的承载力计算。二者相结合绘制弯矩包络图，对于该类组合柱的抗震设计具有一定的指导意义。
作者：	张紫林
专业：	结构工程
导师：	李贤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国矿业大学(江苏)
学位年度：	2022