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原文传递塑性铰区ECC--CFST组合截面RC桥墩抗震性能研究

论文题名：	塑性铰区ECC--CFST组合截面RC桥墩抗震性能研究
关键词：	组合截面桥墩;钢筋混凝土;拟静力试验;水泥基复合材料;抗震性能
摘要：	普通钢筋混凝土(ReinforcedConcrete,简称RC)桥墩在地震荷载作用下塑性铰区域损伤严重且具有较大的残余变形，这将直接影响桥梁结构的安全性和功能性。钢管混凝土组合柱(Concretefilledsteeltube,简称CFST)因其具有良好的承载能力及耐久性能得到广泛应用。然而，工程实践发现钢管混凝土组合桥墩的内外侧材料延性性能具有较大差异，两者协同工作效果不能充分发挥，同时外侧混凝土材料抗拉强度低，易开裂，致使结构的抗震性能降低，应用范围受到限制。工程水泥基复合材料(EngineeredCementitiousComposite,简称ECC)具有高延性、应变硬化和多微开裂等特点，将其应用在抗震领域可以充分发挥其材料特性，改善桥墩的延性及耗能能力等抗震性能。在此背景下，本文提出在塑性铰区使用ECC-CFST组合截面桥墩结构形式，并对其抗震性能进行了研究。主要研究内容如下: 　　(1)通过文献分析总结了现有普通钢筋混凝土桥墩、钢管混凝土组合桥墩、新形式结构桥墩以及新材料组合桥墩抗震性能的研究现状，提出了在塑性铰区使用ECC-CFST组合截面桥墩的结构形式来改善钢筋混凝土桥墩抗震性能。以钢管管径、钢管厚度的变化为主要研究参数，设计制作了5根缩尺比为1∶5的桥墩模型并开展了拟静力试验。　　(2)依据试验现象分析了所有试件的破坏模式，并通过滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能以及耗能能力等分析了桥墩的抗震性能。试验结果表明:在桥墩塑性铰区使用ECC-CFST组合截面设计这一结构形式相比RC桥墩的承载能力得到显著提高，其中试件编号为ECS-102/EUS-102的桥墩滞回曲线更加饱满，延性性能及耗能能力更好。另外，此种结构形式还使得构件的残余位移能够控制在合理的范围之内，保证结构的正常使用和震后的快速修复。　　(3)通过OpenSees有限元软件结合试验结果，采用纤维截面建立了有限元模型，并对数值分析结果和试验结果进行了对比研究，验证数值模型的准确性。在提取有限元模型的关键点参数后发现，钢管尺寸的变化所带来的ECC几何尺寸效应对结构有重要影响，因此结合数值模型的参数，通过指数函数拟合得到管径变化影响下的ECC层厚度t与长细比lsr、屈曲退化参数rG、疲劳退化影响系数Cd之间的关系。　　(4)以试件ECS-102、EUS-102有限元模型为基础，参照相关规范选取了墩身截面为1/3～1/2范围内几何尺寸，针对不同钢管管径尺寸以及相同尺寸下不同厚度的桥墩模型进行参数分析。结果表明:钢管管径变化带来对应ECC材料层的厚度大小对试件整体耗能效果以及延性性能有较大的影响;钢管的厚度也影响了试件核心区钢管对填充材料约束效果，进而影响试件抗震性能。与普通钢筋混凝土桥墩相比，在塑性铰区域使用ECC-CFST组合截面能够提高构件整体的抗震性能，其中延性得到了显著提高。但此种组合截面形式对桥墩抗震性能提高具有上限，因此合理设置钢管管径以及厚度可以使得试件在降低成本的同时还能发挥其优异的性能，提高原有钢筋混凝土桥墩的抗震性能。
作者：	徐旭
专业：	土木水利
导师：	李晰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023