高速铁路圆端形空心桥墩抗震性能试验研究及理论分析

摘要

目前我国高速铁路空心截面形式桥墩的抗震性能研究很少，研究资料缺乏，亟需进行大量专门的空心桥墩抗震性能研究。为完善相关高速铁路桥梁抗震设计规范的修订提供理论依据，本文拟对高速铁路圆端形空心桥墩进行试验研究和理论分析，主要研究轴压比、剪跨比、纵筋率以及体积配箍率等因素对高速铁路圆端形空心桥墩抗震性能的影响。具体研究内容如下:
　　 (1)通过对7个不同设计参数的高速铁路圆端形空心桥墩模型进行低周反复荷载试验，分析其在反复荷载作用下的破坏形态和受力性能，结合其墩顶荷载一位移滞回曲线，综合分析其延性性能、耗能能力及刚度、强度退化规律，得出各项抗震性能指标与剪跨比，轴压比，纵筋率及体积配箍率等因素之间的关系。
　　 (2)利用有限元分析软件ABAQUS，结合试验结果，对高速铁路圆端形空心桥墩抗震性能进行计算分析对比。从圆端形空心桥墩的强度和刚度特性、延性性能及耗能能力等方面对试验结果进行综合评估，并深入分析轴压比、剪跨比、纵筋率以及配箍率等各因素对圆端形空心桥墩的抗震性能和延性破坏机理的影响。针对不同剪跨比和轴压比条件下的空心桥墩的纵筋和箍筋配置进行参数分析，并提出了适用于高速铁路圆端形空心桥墩的配筋建议值。
　　 (3)基于理论分析和试验数据回归分析的基础上，分析圆端形空心桥墩模型的滞回曲线和骨架曲线特征点参数，探讨少筋约束混凝土的本构关系，简化其骨架曲线为刚度退化三折线，确定其滞回准则，建立高速铁路圆端形空心桥墩的简化恢复力模型，为高速铁路桥梁的地震弹塑性响应分析奠定理论基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 圆端形空心桥墩抗震性能试验研究现状

1．3 存在的问题与不足

1．4 研究的主要内容

第二章 高速铁路圆端形空心桥墩抗震性能试验研究

2．1 引言

2．2 模型试件的设计与制作

2．2．1 桥墩模型试件设计

2．2．2 桥墩模型试件制作

2．3 材料性能试验

2．3．1 混凝土

2．3．2 钢筋

2．4 试验加载制度与装置

2．4．1 试验加载制度及步骤

2．4．2 试验加载装置

2．5 测试方案及仪器设备

2．5．1 应变测试

2．5．2 位移测试

2．6 桥墩模型变形、裂缝和破坏形态

2．7 圆端形空心桥墩模型的滞回特征

2．7．1 模型试件的滞回曲线

2．7．2 模型试件的骨架曲线分析

2．8 圆端形空心桥墩抗震性能分析

2．8．1 屈服、极限荷载及位移延性系数的确定

2．8．2 强度退化特性

2．8．3 刚度退化特性

2．8．4 耗能能力分析

2．9 圆端形空心桥墩试验结果综合分析与评估

2．9．1 墩顶极限水平荷载极差分析

2．9．2 位移延性系数极差分析

2．9．3 累计耗能能力极差分析

2．10 本章小结

第三章 高速铁路圆端形空心桥墩恢复力模型研究

3．1 引言

3．2 典型的恢复力模型

3．3 圆端形空心桥墩截面弯矩-曲率分析

3．3．1 截面分析采用的材料本构关系

3．3．2 圆端形空心桥墩截面弯矩-曲率分析结果

3．4 圆端形空心桥墩的骨架曲线模型

3．4．1 圆端形空心桥墩的试验结果及参数回归分析

3．4．2 骨架曲线模型的提出

3．4．3 圆端形空心桥墩模型骨架曲线的计算步骤

3．4．4 理论骨架曲线和试验结果对比

3．5 圆端形空心桥墩模型的卸载刚度和再加载刚度

3．5．1 卸载刚度Ku的确定

3．5．2 再加载刚度Kr的确定

3．6 滞回准则

3．6．1 加载规则

3．6．2 卸载规则

3．7 本章小结

第四章 高速铁路圆端形空心桥墩的有限元数值分析

4．1 引言

4．2 混凝土本构关系

4．2．1 无约束混凝土受压应力-应变关系

4．2．2 核心混凝土受压应力-应变关系

4．2．3 混凝土受拉本构关系

4．2．4 混凝土塑性损伤特性

4．3 钢筋的本构关系

4．4 ABAQUS有限元模型的建立

4．4．1 单元类型的选择及网格划分

4．4．2 模型的边界条件与施加荷载

4．5 ABAQUS有限元计算结果

4．5．1 骨架曲线

4．5．2 桥墩模型墩顶荷载-位移滞回曲线

4．6 高速铁路圆端形空心桥墩抗震参数分析

4．6．1 基于延性性能的抗震设计

4．6．2 高速铁路圆端形空心桥墩抗震参数分析

4．6．3 高速铁路圆端形空心桥墩配筋建议

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 研究结论

5．1 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果