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原文传递混掺纤维自密实混凝土桥墩抗震性研究

论文题名：	混掺纤维自密实混凝土桥墩抗震性研究
关键词：	混掺纤维自密实混凝土桥墩;钢纤维;碳纳米管;抗震性能;数值模拟
摘要：	自改革开放以来，我国的经济实力不断提升，基础设施建设的进程不断加快。桥梁作为基础设施的关键部分，对交通运输业的发展有着不可或缺的作用，为满足经济发展的需要，我国的桥梁数量越来越多，各种跨江跨海的大型桥梁也应运而生。与此同时，我国位于环太平洋与欧亚两大地震带的交汇处，属于地震多发国，桥梁作为交通运输系统的枢纽，一旦在地震中发生破坏，不仅会因自身的损坏造成经济损失，更重要的是会严重影响救援活动的开展，带来更多的人员伤亡。桥墩作为桥梁的支撑结构，在地震中受力较为复杂，更易发生破坏，因此，对桥墩进行抗震性能研究具有重要意义。目前，普通混凝土桥墩存在钢筋密集区域难以振捣、强度刚度不足、延性较差、无法实现实时监测等局限，越来越无法满足桥梁结构的抗震需求。自密实混凝土具有免振捣、自流平的优点，能解决因钢筋密集引起的混凝土难以振捣等问题，并且可以有效缩短施工时间，减少人工。钢纤维是一种具有较高抗拉强度的纤维，能提高混凝土的强度、韧性以及抗裂性能；而碳纳米管是一种具有高强度以及良好导电性能的纳米级纤维，在提高混凝土强度、改善混凝土微观裂缝的同时，还能使其具有良好的压敏性，从而达到混凝土结构的智能监测。将两种纤维按合适比例混掺，加入到自密实混凝土中，两者能相互协同，共同提高自密实混凝土的各方面性能，将其用于桥墩结构，不仅能改善现有桥墩结构抗震需求的不足，同时可以对桥墩的受力情况进行实时监测，具有重要的工程意义。本文将通过拟静力试验和数值模拟，重点研究钢-碳纳米管混掺纤维自密实混凝土桥墩的抗震性能，具体工作内容如下：　　（1）制作两组墩柱试件，分别为普通混凝土墩柱试件和钢-碳纳米管混掺纤维自密实混凝土墩柱试件。从结构抗震试验方法、试件设计、试件材料特性、试件制作过程、试验测点布置以及试验加载等方面，对抗震试验方案进行了详细介绍，并绘出拟静力试验整体流程图，保证试验可以安全有序的进行，从而得到两组桥墩试件的破坏形态和滞回曲线。　　（2）在低周往复加载试验中，观察并对比分析两组桥墩试件的裂缝扩展情况以及最终破坏形态。结果表明：两组桥墩试件的破坏过程基本相同，但钢-碳纳米管混掺纤维自密实混凝土墩柱试件裂缝出现时对应的加载幅值更大，表现出较好的抗裂性能；其次，普通混凝土桥墩试件在达到破坏状态时，墩柱下部破损严重，混凝土大面积剥落，破坏程度较严重，而钢-碳纳米管混掺纤维自密实混凝土墩柱试件在破坏状态时，混凝土脱落不明显，纤维表现出明显的桥接作用，抑制了混凝土大面积剥落，破坏程度较轻。　　（3）通过低周往复加载试验得出的试验结果，对两组墩柱试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、延性性能以及刚度特性进行对比分析，比较两者抗震性能的好坏。结果表明：钢-碳纳米管混掺纤维自密实混凝土桥墩试件在同一级加载位移下的峰值荷载是始终略高于普通混凝土的，并且每级加载对应的滞回环面积也更大；相较于普通混凝土试件而言，钢-碳纳米管混掺纤维自密实混凝土试件的累积滞回耗能提高了131.36%，等效粘滞阻尼比提高了16.67%，位移延性系数提高了50.09%，刚度退化更为缓慢，表现出更优的抗震性能。　　（4）运用ABAQUS有限元分析软件，选用合适的本构关系，建立普通混凝土桥墩试件和钢-碳纳米管混掺纤维自密实混凝土桥墩试件的有限元模型，进行拟静力试验模拟分析，并与试验结果进行比照。结果表明：模拟得出的钢-碳纳米管混掺纤维自密实混凝土墩柱试件的滞回曲线面积是大于普通混凝土的，且峰值荷载也偏大，这与试验结果是一致的，其次各自得出的滞回曲线趋势也与试验结果较为吻合，说明本文选用的本构关系较为合理，模拟方法是可行的，可为实际工程提供一定的参考。　　通过上述研究可以得出，钢-碳纳米管混掺纤维自密实混凝土桥墩具有更好的抗震性能，并且可以通过有限元分析软件进行抗震性能模拟，减少试验工作量，为后期工程应用提供参考。
作者：	吴万彦
专业：	建筑与土木工程
导师：	孙敏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	苏州科技大学
学位年度：	2022