预应力节段拼装混凝土桥墩拟静力试验研究及数值分析

摘要

随着现代化施工技术对于快速施工、降低施工对既有交通影响、降低对周边生态环境冲击的要求，预制节段拼装技术为该问题提供了一条可供解决的途径，因此该技术越来越受到桥梁工程师和业主的青睐，并在世界范围内得到了广泛认可和应用。但是，对预应力节段拼装混凝土桥墩抗震性能的不确定性，限制了该项技术在高烈度地区的应用。随着我国桥梁建设逐步向高地震危险地区的发展，预应力节段拼装混凝土桥墩的抗震性能研究已经成为桥梁设计者和抗震学者研究的重点和热点。鉴于上述原因，本文结合国内外相关研究现状，通过拟静力试验对两种不同类型预应力节段拼装混凝土桥墩进行了抗震性能试验研究，并进行了数值模拟分析，旨在探究节段拼装预应力混凝土桥墩的地震破坏机理和有效的数值模拟方法。本文的主要工作如下述所示:
　　首先，以广泛深入的文献调研为基础，总结了国内外学者对不同类型预应力节段拼装混凝土桥墩抗震性能的试验研究方法和试验结论，回顾了各国学者对预应力节段拼装混凝土桥墩抗震性能的理论研究现状，阐述了在预应力节段拼装混凝土桥墩设计过程中的基本概念，以及不同设计方式对于预应力节段拼装混凝土桥墩抗震性能的影响。
　　其次，为初步探究预应力节段拼装混凝土桥墩的抗震性能和破坏机理，设计了两组节段拼装混凝土桥墩，进行了拟静力试验研究。对桥墩在地震荷载作用下的滞回特性、刚度退化规律、延性性能、耗能能力及残余变形等参数进行分析，说明了预应力节段拼装混凝土桥墩的破坏机理，同时比较了普通自密实混凝土和钢纤维自密实混凝土对节段拼装桥墩抗震性能的影响。
　　最后，采用OpenSees有限元分析软件中的纤维梁柱单元对预应力节段拼装混凝土桥墩进行了数值模拟分析，并对比试验结果验证其正确性，同时，对梁柱单元截面纤维划分方式对计算结果的精度进行了分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 节段拼装桥墩抗震试验研究现状

1．2．1 国外主要试验研究现状

1．2．2 国内主要试验研究现状

1．3 节段拼装桥墩理论研究现状

1．3．1 节段拼装桥墩地震受力机理研究现状

1．3．2 节段拼装桥墩抗震性能数值模拟研究现状

1．3．3 节段拼装桥墩抗倒塌能力和破坏准则研究现状

1．4 问题的提出

1．5 论文研究目的及技术思路

1．6 论文研究主要内容

1．7 小结

第二章 节段拼装桥墩抗震设计基本概念

2．1 引言

2．2 节段拼装桥墩分类

2．3 潜在塑性铰区的连续性和约束方式

2．3．1 塑性铰区的连续性

2．3．2 塑性铰区的约束方式

2．4 节段接缝连接方式

2．5 预应力钢筋

2．6 滞回耗能能力和残余位移

2．6．1 低耗能低残余位移

2．6．2 高耗能高残余位移

2．7 其他概念

2．7．1 节段截面形状

2．7．2 初始应力

2．8 小结

第三章 节段拼装桥墩拟静力试验方案设计

3．1 引言

3．2 桥墩节段设计

3．3 材料特性

3．3．1 混凝土

3．3．2 钢筋

3．4 桥墩节段制作和预应力张拉

3．4．1 桥墩节段制作

3．4．2 预应力张拉

3．5 试验测试系统

3．5．1 位移及应变测试方案

3．5．2 测点布置

3．5．3 试验测量设备

3．6 加载方案

3．6．1 竖向荷载

3．6．2 墩顶侧向位移加载

3．7 试验流程图

3．8 小结

第四章 试验现象和结果分析

4．1 引言

4．2 试验现象

4．2．1 C01C试件

4．2．2 C00C试件

4．3 试验现象对比

4．4 试验结果分析

4．4．1 荷载-位移滞回曲线

4．4．2 骨架曲线

4．4．3 刚度

4．4．4 延性性能

4．4．5 耗能能力

4．4．6 残余变形

4．4．7 预应力钢筋应力

4．5 小结

第五章 基于OpenSees的节段拼装桥墩数值模拟分析

5．1 引言

5．2 OpenSees程序介绍

5．2．1 OpenSees概述

5．2．2 OpenSees建模分析要点

5．3 纤维单元模型特点

5．3．1 基本假定

5．3．2 纤维单元构成及原理

5．4 预应力节段拼装桥墩数值模型

5．4．1 材料模型

5．4．2 纤维截面模型

5．4．3 数值分析模型的建立

5．4．4 边界条件及加载方式

5．5 纤维梁单元参数分析

5．6 计算结果与试验结果对比

5．6．1 骨架曲线

5．6．2 荷载-位移滞回曲线

5．7 小结

第六章 结论与展望

6．1 论文研究主要工作及结论

6．1．1 文献调研

6．1．2 桥墩拟静力试验方案设计

6．1．3 拟静力试验直观现象和结论

6．1．4 拟静力试验结果评估

6．1．5 拟静力试验数值模拟

6．2 后续研究工作展望

6．2．1 试验研究

6．2．2 理论研究

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果