FRP组合桥梁结构抗震性能研究

论文摘要

纤维增强聚合物（Fiber Reinforced Polymer, FRP）材料具有比强度高、比模量大、耐腐蚀和抗疲劳等特点,使其在土木工程中具有广泛的应用前景。本文参照一座钢筋混凝土（RC）三跨简支梁桥设计FRP-混凝土组合桥梁（FRP桥）;基于OpenSees计算平台,研究FRP桥墩柱和整体桥梁的抗震性能,并与普通钢筋混凝土桥梁对比。主要内容包括:参照钢筋混凝土原桥,保持轴向抗压承载力不变的前提下,设计FRP约束混凝土柱（GFFT柱）;利用OpenSees平台建立GFFT柱和钢筋混凝土柱有限元模型,进行Pushover分析及拟静力分析,比较两种柱的延性和滞回耗能能力,揭示其抗震性能特点。设计FRP-混凝土组合桥面,并将其与GFFT柱一起构成FRP-混凝土组合桥梁;分别选用一条远场地震记录和一条近场地震记录对RC桥和FRP-混凝土组合桥进行非线性时程分析;比较两种桥的地震响应和抗震性能,揭示FRP桥梁抗震性能的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 FRP桥梁结构的特点及应用
• 1.2.1 FRP材料的特点
• 1.2.2 FRP桥梁结构
• 1.2.3 FRP组合桥面体系的形式、特点
• 1.2.4 FRP组合柱的形式、特点
• 1.3 FRP组合桥梁结构的抗震研究现状
• 1.3.1 GFRP组合柱的抗震研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 地震工程模拟软件OpenSees简介
• 2.1 引言
• 2.2 OpenSees的特点
• 2.3 纤维模型的基本原理
• 2.3.1 基本假定
• 2.3.2 纤维模型
• 2.4 OpenSees的单元类型
• 2.4.1 零长度单元
• 2.4.2 非线性梁柱单元
• 2.5 OpenSees中的材料模型
• 2.5.1 混凝土本构模型
• 2.5.2 钢筋本构模型
• 2.6 本文对OpenSees功能的改进
• 2.7 本章小结
• 第3章 FRP约束混凝土组合柱抗震性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 圆柱墩技术资料
• 3.3 OpenSees建模
• 3.3.1 原桥钢筋混凝土柱
• 3.3.2 GFRP管约束钢筋混凝土柱
• 3.4 Push-over分析
• 3.4.1 延性系数比较
• 3.5 拟静力分析
• 3.5.1 加载制度
• 3.5.2 滞回曲线
• 3.5.3 耗能指标
• 3.6 本章小结
• 第4章 FRP-混凝土组合桥梁结构抗震性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 桥梁技术资料
• 4.3 FRP-混凝土组合桥面的设计
• 4.3.1 概念设计
• 4.3.2 设计说明
• 4.3.3 设计准则
• 4.3.4 截面抗剪设计
• 4.3.5 刚度验算
• 4.3.6 承载能力极限状态验算
• 4.3.7 截面横向失稳验算
• 4.4 RC桥OpenSees建模
• 4.4.1 单元模型
• 4.4.2 材料本构模型
• 4.4.3 截面模型
• 4.5 FRP桥OpenSees建模
• 4.5.1 单元模型
• 4.5.2 材料本构模型
• 4.5.3 截面模型
• 4.6 地震波选择及工况
• 4.7 计算结果及分析
• 4.7.1 自振频率
• 4.7.2 位移反应
• 4.7.3 支座变形
• 4.7.4 内力反应
• 4.7.5 截面弯矩-曲率曲线
• 4.7.6 墩底截面应力-应变曲线
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢