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原文传递柱板式空心桥墩抗震性能试验研究及有限元分析

论文题名：	柱板式空心桥墩抗震性能试验研究及有限元分析
关键词：	破坏模式;有限元法;柱板式空心桥墩;抗震性能;工艺参数
摘要：	随着我国铁路事业往西部地区发展，由于西部地区山高、沟深、坡陡等地形特点，致使高墩大跨度桥梁被广泛应用。同时，西部地区又是属于高烈度地震区，地震多发、频发，因此高墩桥墩的抗震设计乃是一大难题。传统观念桥墩的抗震延性设计是通过墩柱的塑性铰区的塑性变形来消散地震输入的能量，但也造成了震后结构损坏难以修复的问题。同时，桥梁结构中已被广泛应用的减隔震技术并不适用于长周期的高墩桥梁。近年来，国内外对空心高墩桥梁进行了广泛的抗震试验研究及工程实践，特别是美国设计人员提出的一种用四面剪力墙连接四个正八角形柱的空心高桥墩。所有这些研究共同的理念是通过合理的截面设计及横向钢筋的合理布置以提高构件的强度、延性和耗能能力。柱板式空心墩就是基于以上的抗震理念，并且已经成为高墩抗震发展方向之一，国内针对柱板式高墩的理论及试验研究目前还没有系统的展开。本文对新型柱板式空心墩的抗震性能进行研究，以纵目沟大桥柱板式桥墩为原型，截取桥墩的第三节段进行模型设计，设计比例尺为1∶10。在墩的纵向和横向分别制作3个试验模型，共计6个模型，并对6个模型进行低周反复荷载作用下的拟静力试验，以研究柱、板结构在地震荷载作用下的破坏模式和滞回特性。　　本文首先利用有限元分析软件midas FEA对试件模型进行了单向水平荷载作用下的实体非线性有限元分析，得到实体模型的开裂荷载、首裂缝的出现位置以及开裂状态下和破坏状态下的主应力图，同时提取各阶段的荷载值与后期相应的试验值作对比。在有限元分析的基础上，通过对试件的低周反复荷载试验，观察在试验过程中试件约束板和柱的裂缝开展情况及整个破坏模式，得到了试件的荷载—位移滞回曲线，并提取试验中关于钢筋和混凝土的应变数据，分析了整个试验过程中钢筋的受力情况和混凝土处于弹性阶段的受力情况。对比分析与有限元模型计算得到的开裂荷载，首裂缝的位置以及后期裂缝发展延伸情况以及钢筋和混凝土在各个阶段荷载作用下的应力应变情况。结果表明有限元实体模型混凝土开裂荷载和首裂缝出现的位置以及裂缝的发展情况与试验结果相对应，各阶段荷载作用下钢筋和混凝土的应力应变发展与试验的实测数据相互吻合，从有限元实体模型反映试验过程中试件模型中板、柱结构的破坏模式，从而印证实际柱板式桥墩结构在地震荷载作用下的耗能过程即通过薄壁板的开裂破坏来消散强震作用下的大部分能量来保护墩柱。同时，为了具体评价新型柱板式桥墩结构的抗震性能，需要设定相应的参数。因此，利用二元件模型模拟试件模型中的约束板并建立相应的有限元简化分析模型。在与试验同等荷载作用下，对简化模型进行非线性分析并调整相应的恢复力参数，初步比较简化模型和实体模型的力—位移关系，得到两者比较接近，从而为之后与实验结果的具体对比提供参考。
作者：	留晗
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	虞庐松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文