铁路钢筋混凝土重力式桥墩抗震性能研究

论文摘要

在国内外的震害中，桥墩破坏引起的桥梁震害非常严重。加之我国早期建设的铁路桥梁多采用重力式桥墩，设计时对地震作用考虑不足。因此，研究重力式桥墩的抗震性能和破坏模式，分析桥墩的非线性地震响应，建立桥墩抗震设计方法，均具有十分重要的理论价值和实际意义。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，并提出了较为准确的桥墩抗震分析公式和分析模型，取得了一些有价值的结果。主要的研究工作和结论如下：1．深入研究了重力式桥墩破坏模式，分析了混凝土和钢筋的应力~应变特性及计算公式，重点研究了桥墩弯曲破坏和剪切破坏模式，提出了判断其破坏模式的建议公式。2．重点研究了重力式桥墩延性抗震理论，提出了桥梁的简化延性抗震设计理论和运用Takeda模型模拟钢筋混凝土桥墩塑性变形性能的力学恢复力模型的思想。3．以一座重力式桥墩为原型，建立墩底出现塑性铰的单墩有限元计算分析模型，.运用通用有限元分析软件SAP2000，在考虑不同的轴压比、配筋率和体积配箍率及不同场地和不同地震烈度的情况下，进行了大量弹塑性地震反应分析，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，曲率延性成凹曲线式下降。（2）随着桥墩截面配筋率的增加，桥墩的屈服弯矩随之增加，截面的曲率延性随之降低；随着体积配箍率的增加，截面的极限曲率和曲率延性显著提高；当配筋率一定时，增加桥墩体积配箍率可以线性增加桥墩的延性，但当配箍率超过某一临界值时，其延性基本不再增加，桥墩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破坏。（3）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。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。（4）随着上部结构质量的增加，桥墩的屈服弯矩、屈服位移和位移延性系数随之增大。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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 铁路重力式桥墩震害现象
• 1.2.1 1976 年唐山地震
• 1.2.2 日本阪神地震
• 1.2.3 5.12 汶川大地震
• 1.3 桥梁抗震设计原则和地震反应分析方法
• 1.3.1 桥梁抗震设计原则
• 1.3.2 桥梁地震反应分析方法
• 1.4 本文的研究工作和内容安排
• 第二章 重力式桥墩破坏模式研究
• 2.1 引言
• 2.2 混凝土材料的非线性表述方式
• 应变关系'>2.2.1 受压应力^应变关系
• 应变关系'>2.2.2 受拉压应力^应变关系
• 应变关系'>2.3 钢筋的应力^应变关系
• 2.4 桥墩破坏模式的判定
• 2.4.1 弯曲组合强度
• 2.4.2 剪力强度
• 2.4.3 弯曲破坏和剪切破坏的判定
• 2.5 弯曲破坏型桥墩的塑性铰介绍
• 2.5.1 塑性铰的定义
• 2.5.2 塑性铰的位置及塑性铰区长度的规定
• 2.6 本章小结
• 第三章 重力式桥墩延性抗震研究
• 3.1 引言
• 3.2 延性抗震设计理论
• 3.3 延性抗震的基本概念
• 3.3.1 延性的概念
• 3.3.2 延性概念的意义
• 3.4 延性抗震中的恢复力特性曲线
• 3.4.1 恢复力特性曲线的概念
• 3.4.2 滞回环
• 3.4.3 常见的恢复力特性曲线
• 3.4.4 耗能阻尼
• 3.4.5 地震激励
• 3.5 桥梁简化延性抗震设计理论
• 3.5.1 强度折减系数
• 3.5.2 结构破坏准则
• 3.5.3 简化的延性抗震设计理论
• 3.6 桥墩延性抗震构造设计
• 3.6.1 影响桥墩延性抗震设计的因素
• 3.6.2 箍筋对桥墩延性的贡献
• 3.6.3 各国抗震规范中关于延性设计的规定
• 3.6.4 铁路重力式桥墩延性分析公式
• 3.7 本章小结
• 第四章 铁路重力式桥墩抗震算例分析
• 4.1 引言
• 4.2 算例描述
• 4.2.1 模型原型概况
• 4.2.2 模型参数
• 4.2.3 材料的本构关系模型
• 应变关系'>4.2.4 混凝土的应力^应变关系
• 应变关系'>4.2.5 钢筋的应力^应变关系
• 4.2.6 模型的计算与分析
• 4.3 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
• 致谢