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原文传递桥梁排架结构地震破坏机理及损伤控制方法

论文题名：	桥梁排架结构地震破坏机理及损伤控制方法
关键词：	桥梁抗震;桥梁排架;地震破坏机理;损伤控制;数值模拟
摘要：	美国Loma Prieta地震、日本Kobe地震、中国汶川地震及集集地震中的桥梁震害，均证实了桥梁排架结构的抗震薄弱性。为研究桥梁排架地震破坏机理并发展排架地震损伤控制方法，本文基于OpenSees数值分析平台，建立了考虑弯曲、剪切和纵筋粘结滑移变形的钢筋混凝土桥墩抗震数值分析模型，通过与试验结果对比，验证了模型的正确性。提出了设置延性系梁和防屈曲支撑(BucklingRestrained Brace，BRB)对钢筋混凝土排架进行损伤控制的抗震措施并进行了数值验证。本文主要工作和结论如下: 　　1.为研究纵筋粘结滑移变形对钢筋混凝土桥墩地震反应的影响，基于OpenSees中的非线性梁柱单元、零长度转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元，建立了8个考虑弯曲变形、粘结滑移变形和剪切变形的桥墩抗震数值分析模型。将模拟得到的滞回曲线，墩顶弯曲、粘结滑移和剪切变形等成分与试验结果进行对比。结果表明，所建模型对各桥墩的滞回曲线、各变形成分、初始刚度和残余位移有较好的模拟效果。且粘结滑移变形占墩顶总位移成分比例较大，约为20-50％，在数值模型中不可忽略。　　2.为研究OpenSees中的非确定参数对数值模型中残余位移模拟的敏感性问题，建立了考虑弯曲变形和粘结滑移变形的数值分析模型，对桥墩进行动力时程分析，在关键参数可以根据试验和试件设计确定的基础上，通过改变软件中的7个非确定参数，对非确定参数进行残余位移模拟的敏感性分析，并与试验结果进行对比，以验证影响效果。结果表明，非确定参数对多条地震动中残余位移最大值影响较为明显，且通过调整，可以获得较好的残余位移模拟精度。　　3.为研究高强箍筋高强混凝土墩柱抗震性能，基于Elwood建立的普通强度钢筋混凝土墩柱变形能力计算公式，对22个高强箍筋高强混凝土柱拟静力试验进行分析，验证了Elwood剪切破坏面对高强箍筋高强混凝土墩柱的适用性。使用Elwood模型模拟6个发生弯剪破坏的高强箍筋高强混凝土柱，将模拟与试验滞回曲线进行对比，结果表明，滞回曲线吻合较好，修正模型对高强箍筋高强混凝土柱的强度、刚度退化、残余位移等具有较好的模拟精度。　　4.为提高桥梁排架横桥向抗震能力，减少桥墩地震损伤破坏，提出在排架中设置延性系梁的设想并给出了设计构造措施。建立了无系梁排架和设置延性系梁排架抗震数值分析模型，通过拟静力和增量动力分析(IDA)手段讨论了延性系梁设置对减少排架地震反应的效果。结果表明:延性系梁提高了桥梁排架横桥向的强度和刚度，地震作用下，系梁先于排架桥墩发生屈服，形成塑性铰并耗散地震能量，延缓了桥墩的破坏过程，并减少了桥梁排架的变形需求。　　5.为研究BRB对桥梁排架的损伤控制效果，提出了设置BRB提高排架横桥向抗震能力的设想，以一个桥梁排架抗震拟静力试验结果为依据，建立了无BRB排架和加BRB排架抗震数值分析模型，并进行拟静力分析和增量动力分析(IDA)。结果表明:BRB核心段长度的选择是影响排架屈服顺序的关键，合理设计的BRB先于桥梁排架构件发生屈服并消耗地震能量，延缓了排架本身的屈服过程，提高了桥梁排架的抗震性能。
作者：	华承俊
专业：	道路与铁道工程
导师：	王东升;孙治国
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文