钢筋混凝土矩形桥墩延性抗震计算研究

论文摘要

桥梁延性抗震理论及设计方法已被国内外工程界广泛接受;迄今为止,国内外关于桥梁延性抗震设计的研究成果也相当的多。但是在我国桥梁尤其是铁路桥梁延性抗震设计中,桥梁结构具体设计参数对桥梁延性性能的影响规律及选取原则上研究得不够系统和详细。本文基于能力设计原理基础之上,通过弹塑性地震反应分析方法,系统的分析研究了各设计参数对桥梁延性性能的影响规律,取得了一些有价值的结果。主要的研究工作和结论如下:1.系统地回顾和总结了桥梁延性抗震设计的基本理论.基于通用有限元分析软件SAP2000,考虑了轴压比、配筋率、剪跨比等影响参数,建立了塑性铰发生在墩底的单墩有限元计算分析模型;并进行了大量的弹塑性地震反应分析。2.通过对所选桥墩截面的弯矩.曲率分析,确定了钢筋混凝土桥墩恢复力模型骨架曲线参数;对影响桥墩截面曲率延性的因素(包括轴压比、配筋率、体积配箍率)进行了大量的计算分析,得出以下结论:(1)随着桥墩轴压比的增加,桥墩的屈服弯矩和屈服曲率随之增加,截面的极限曲率随之降低;随着轴压比的增大,截面的曲率延性成凹曲线式下降。(2)桥墩截面配筋率的增加提高了桥墩的屈服弯矩,但降低了截面的曲率延性;随着体积配箍率的增加,显著提高了截面的极限曲率和曲率延性;当配筋率一定时,增加桥墩体积配箍率可以线性地增加桥墩的延性,但当配箍率超过某一临界值时,其延性基本不再增加;此临界值意味着桥墩的破坏形式发生了改变,由核心混凝土达到其极限压应变而破坏转变为受拉区钢筋达到其极限拉应变而导致的破坏。3.考虑不同剪跨比、不同场地条件不同设防烈度的地震激励、不同桥梁跨度等影响因素,计算分析了各因素对桥梁结构延性性能的影响规律:(1)当桥梁上部结构和桥墩高度不变的情况下,调整桥墩截面尺寸大小(即改变桥墩的剪跨比),可以改变桥梁的延性性能。建议选取的剪跨比应使桥梁结构的主振周期尽量避开所处场地的卓越周期;但是剪跨比太小或太大,都将使结构的延性降低,耗能能力变差。(2)随着地震设防烈度的增加(加速度峰值的增大),桥墩的位移延性系数随之增大;本文建议对不同抗震设防烈度提出相应的位移延性要求。(3)随着上部结构质量的增加,桥墩的屈服弯矩和屈服位移随之增大;而位移延性系数也随之增大;这可能是由于上部结构质量的增加对桥墩最大位移增大的影响大于对屈服位移增大的影响。在桥墩截面和墩高相同的情况下,计算结果表明,桥梁结构跨度越大,其位移延性系数越大。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外延性抗震分析的研究现状

1.2.1 延性抗震设计理论

1.2.2 弹塑性分析方法

1.3 本文的研究目标、内容与方法

第二章桥梁延性抗震设计理论

2.1 桥梁地震响应分析方法的发展

2.1.1 静力法

2.1.2 反应谱法

2.1.3 时程分析方法

2.2 延性抗震设计的基本理论

2.2.1 延性的概念

2.2.2 独柱式桥墩位移延性系数与曲率延性系数的关系

2.2.3 多柱式桥墩曲率延性系数与位移延性系数的关系

2.2.4 桥梁结构的整体延性与构件局部延性的关系

2.3 能力保护设计原理

2.3.1 能力设计原理的基本概念

2.3.2 能力设计方法的主要特点

2.3.3 能力设计方法的主要步骤

2.4 延性抗震概念设计

2.4.1 结构体系的选择

2.4.2 桥墩类型的选择

2.4.3 塑性耗能机制选择

2.4.4 延性类型的选择

2.5 本章小结

第三章分析模型的建立和计算分析方法

3.1 基本假定

3.2 单墩模型参数的确定

3.2.1 材料参数

3.2.2 形状参数

3.2.3 钢筋混凝土桥墩的恢复力模型

3.2.4 结构阻尼

3.3 地震激励的选取

3.4 弹塑性时程分析方法

3.5 本章小结

第四章钢筋混凝土桥墩弹塑性地震反应分析

4.1 材料的本构关系模型

4.1.1 混凝土的应力-应变关系

4.1.2 钢筋的应力-应变关系

4.2 桥墩截面曲率延性分析

4.2.1 桥墩截面弯矩-曲率分析

4.2.2 桥墩截面曲率延性分析

4.2.3 曲率延性系数

4.3 桥墩截面恢复力模型（Takeda模型）骨架曲线的确定

4.3.1 Takeda模型骨架曲线参数

4.3.2 塑性铰的长度

4.4 桥墩地震反应特性及延性性能分析

4.4.1 计算模型及其自振特性

4.4.2 计算模型的屈服位移

4.4.3 桥墩地震响应的延性性能分析

4.5 本章小结

第五章结论与展望

5.1 本文的主要研究结论

5.2 需要进一步研究的问题

参考文献

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