桥梁抗震设计中塑性铰区抗剪能力试验研究

摘要

目前，我国的相关桥梁抗震设计规范，都采用了延性抗震设计理论。根据该理论，将钢筋混凝土桥墩作为延性构件，允许其在大震作用下于特定部位发生弯曲屈服出现塑性铰，即通过塑性铰的弹塑性变形来耗散地震能量。为了保证桥墩在大震下以延性的形式反应，必须保证塑性铰区不发生脆性剪切破坏。因此本文围绕钢筋混凝土桥墩塑性铰区抗剪能力进行了研究，研究工作和结论如下:
　　①对国内外当前七种典型的钢筋混凝土桥墩的抗剪能力公式进行了详细分析。明确了桥墩抗剪强度Vn主要由混凝土抗剪贡献Vc与箍筋抗剪贡献Vs组成。
　　②进行钢筋混凝土桥墩拟静力试验设计。在对PEER调研的基础上，对桥墩试件的尺寸及参数进行了确定;制定了详细测试方案，由公式σ/τ=（α1/α2）·λ创新拟静力试验方法，通过改变加载位置（即改变剪跨比λ），以达到桥墩弯剪破坏过程中正应力与剪应力重分布的目的。
　　③对试验现象与结果进行了描述与总结。得出，Vs公式中的剪切角θ（斜裂缝与桥墩轴线之间的夹角）并不为固定值，其会随位移延性系数μ△的增加而增加;塑性铰区核心混凝土的压碎剥落，会导致箍筋与核心混凝土之间只产生滑移，会使部分箍筋抗剪失效。
　　④结合理论计算结果与试验结果对Vn进行分析。得出Caltrans(2006)与《城市桥梁抗震设计规范》(2012)Vn计算值与试验值吻合较好，Vn计算值与试验值偏差在15％以内;《公路桥梁抗震设计细则》(2008)Vn计算值，对于μ△较小的墩偏于保守，对于μ△较大的墩偏大，偏于不安全。
　　⑤结合理论计算结果与试验结果对Vc进行了分析。得出，Priestley等(1994)的公式Vc（含轴压贡献）计算值与试验值较为吻合，Vc计算值与试验值偏差在12％以内;《公路桥梁抗震设计细则》(2008)Vc计算值太过于保守，Vc计算值比试验值保守87％以上。
　　⑥结合理论计算结果与试验结果对Vs进行了分析。得出，ATC-32(1995)、Caltrans(2006)、NZS3101(2006)、《城市桥梁抗震设计规范》(2012)Vs计算值与试验值较为接近，Vs计算值与试验值偏差在32％以内;《公路桥梁抗震设计细则》(2008)Vs计算值比试验值偏大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 桥梁抗震设计理论的发展

1．1．1 基于承载能力的设计方法

1．1．2 基于承载能力和构造保证的延性设计方法

1．1．3 基于损伤和能量的设计方法

1．1．4 基于能力设计方法

1．1．5 基于性能／位移的设计方法

1．2 国内外钢筋混凝土墩柱抗震性能试验研究概况

1．1．1 国内研究概况

1．1．2 国外研究概况

1．3 本文研究背景、必要性及内容

1．3．1 研究背景

1．3．2 研究必要性

1．3．3 研究内容

第二章 钢筋混凝土桥墩抗剪设计相关理论

2．1 钢筋混凝土构件抗剪强度分析理论

2．1．1 桁架-拱模型理论

2．1．2 极限破坏理论

2．1．3 压力场理论

2．2 钢筋混凝土桥墩抗剪强度设计计算模型

2．2．1 Priestley等(1994)计算模型公式

2．2．2 ATC-32(1995)计算模型公式

2．2．3 Caltrans(2006)计算模型公式

2．2．4 NZS3101(2006)计算模型公式

2．2．5 《日本道路桥示方书》计算模型公式

2．2．6 《城市桥梁抗震设计规范》(2012)计算模型公式

2．2．7 《公路桥梁抗震设计细则》(2008)计算模型公式

2．3 钢筋混凝土桥墩地震破坏模式判别方法

2．3．1 桥墩破坏模式的介绍

2．3．2 基于试验结果的经验判别法

2．3．3 基于抗剪强度判别法

2．3．4 基于多参数影响的判别法

2．4 本章小结

第三章 钢筋混凝土桥墩拟静力试验方案设计

3．1 桥墩模型试件设计

3．1．1 桥墩模型试件尺寸设计调研

3．1．2 桥墩模型试件设计

3．2 材料特性

3．2．1 混凝土

3．2．2 钢筋

3．3 测试方案及仪器设备

3．3．1 轴力测试

3．3．2 侧向水平力测试

3．3．3 应变测试

3．3．4 位移测试

3．3．5 测试设备、仪器

3．4 加载制度

3．4．1 墩顶轴向力加载

3．4．2 侧向位移加载

3．4．3 底座锚固力加载

3．5 试验步骤、方法及注意事项

3．5．1 准备阶段

3．5．2 墩高200cm处加载阶段

3．5．3 墩高80cm处加载阶段

3．6 本章小结

第四章 试验现象及结果分析

4．1 桥墩试件的试验表象及破坏形态

4．1．1 Column1-1、Column2-1试验表象及破坏形态

4．1．2 Column1-2、Column2-2试验表象及破坏形态

4．1．3 Column1-3、Column2-3试验表象及破坏形态

4．2 墩高80cm处加载阶段箍筋应变随移等级变化规律

4．2．1 Column1-1、Column2-1箍筋应变随移等级变化规律

4．2．2 Column1-2、Column2-2箍筋应变随移等级变化规律

4．2．3 Column1-3、Column2-3箍筋应变随移等级变化规律

4．3 墩高80cm处加载阶段箍筋抗剪贡献及机理

4．3．1 Column1-1、Column2-1箍筋抗剪贡献随移等级变化规律

4．3．2 Column1-2、Column2-2箍筋抗剪贡献随移等级变化规律

4．3．3 Column1-3、Column2-3箍筋抗剪贡献随移等级变化规律

4．3．4 箍筋抗剪贡献随移等级变化机理

4．4 墩高200cm处加载阶段滞回曲线、骨架曲线

4．4．1 滞回曲线

4．4．2 骨架曲线

4．5 本章小结

第五章 钢筋混凝土桥墩抗剪能力比较分析

5．1 钢筋混凝土桥墩抗剪能力设计模型计算结果对比

5．1．1 Column1-1、Column2-1抗剪能力对比

5．1．2 Column1-2、Column2-2抗剪能力对比

5．1．3 Column1-3、Column2-3抗剪能力对比

5．1．4 抗剪能力对比综合分析

5．2 钢筋混凝土桥墩混凝土与箍筋抗剪能力对比

5．2．1 混凝土抗剪能力对比

5．2．2 箍筋抗剪能力对比

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在校时期发表的论文及参与的项目