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原文传递沿海地区非均匀腐蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能数值分析

论文题名：	沿海地区非均匀腐蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能数值分析
关键词：	跨海桥梁;桥墩结构;非均匀腐蚀;抗震性能
摘要：	我国在跨海桥梁建设方面取得了跨越式的发展和突出性的成果，但是复杂的海洋环境是沿海地区桥梁耐久性设计的重要影响因素。由于我国地震断裂带活跃,复杂海洋环境下的钢筋混凝土桥梁的抗震性能研究显得尤为重要。海洋环境中的桥墩通常沿桥墩的高程发生非均匀腐蚀，其腐蚀情况随桥墩塑性铰区在海洋环境区带的位置变得极其复杂。此外，海洋大气中的海盐颗粒随着海风附着在距离海岸线有一定距离的钢筋混凝土桥墩，会造成构件迎风侧与背风侧腐蚀程度不同。考虑以上两种非均匀腐蚀情况，基于OpenSees有限元程序建立了分离式模型对桥墩进行精细化模拟，分析讨论了两种非均匀腐蚀情况下桥墩的抗震性能，为桥梁等基础设施的设计建设，安全维护和修复加固提供参考。论文主要研究内容如下: 　　（1）选用分离式模型对钢筋混凝土构件进行精细化模拟，混凝土和钢筋分别使用实体单元和线单元，通过零长度单元模拟钢筋与混凝土之间的粘结滑移。将具有代表性的粘结滑移本构模型与试验曲线对比，最终选取FIBModelCode2010作为粘结滑移本构。基于OpenSees有限元程序，通过STKO可视化软件建立未锈蚀的中心拉拔分离式模型，验证了建模方法的可行性。　　（2）基于未锈蚀的分离式模型，考虑锈蚀对钢筋混凝土材料力学性能以及粘结性能的影响，分别建立单调荷载作用下的锈蚀钢筋混凝土梁模型和循环荷载作用下的局部腐蚀钢筋混凝土桥墩模型，验证锈蚀情况下建模方法的可行性。结果表明:考虑粘结滑移的未锈蚀受弯梁的开裂损伤更符合试验现象。考虑锈蚀的桥墩分离式模型可以模拟局部区域腐蚀导致塑性铰区发生转移的情况。　　（3）海洋环境中浪花飞溅区氧气充足，经常受到海水冲刷，腐蚀最为严重,因此海洋环境中的桥墩沿高程承受非均匀腐蚀。考虑均匀腐蚀和点蚀的共同作用,建立服役0～100年的浪花飞溅区腐蚀桥墩的分离式模型，精细化模拟分析桥墩的抗震性能随服役期限的变化趋势以及破坏发展过程。结果表明:浪花飞溅区位于承台以上200～700mm的桥墩，腐蚀60年之后，塑性铰区完成转移，承台部分的粘结滑移损伤区域逐渐消失，腐蚀区域滑移量增大。峰值水平承载力随着腐蚀程度的增加退化速率加快。钢筋严重腐蚀后过早发生屈服，腐蚀程度较高的桥墩位移延性系数反而较高，因此位移延性系数并不能准确用于评价锈蚀桥墩的延性。重新定义锈蚀桥墩的极限位移来描述其腐蚀后的位移延性，结果表明腐蚀位移延性系数可以准确表征锈蚀桥墩延性的降低。　　（4）海洋大气中的海盐颗粒随着海风附着在距海岸线一定距离的钢筋混凝土桥墩表面，会造成桥墩迎风侧与背风侧腐蚀程度不同，对构件的抗震性能也会产生不利影响。建立加载正向（锈蚀率较高）和加载负向（锈蚀率较低）两侧具有不同锈蚀比例的钢筋混凝土桥墩分离式模型，精细化模拟研究其抗震性能及破坏发展过程。结果表明:锈蚀率高的一侧混凝土受压区最终损伤区域高度较高。承台以上锈蚀率较高的一侧钢筋滑移量明显大于锈蚀率较低的一侧。单侧腐蚀降低了构件的整体抗震性能，但总体来看腐蚀严重一侧的峰值水平承载力略微低于腐蚀较低的一侧。随着锈蚀比增加，加载负向的累积耗能均明显高于加载正向。加载负向的等效刚度均高于加载正向的等效刚度。计算腐蚀情况下的位移延性系数，结果再次表明腐蚀位移延性系数可以准确表征桥墩随腐蚀程度增加而导致的延性降低。
作者：	崔启凡
专业：	土木工程
导师：	赵建锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023