低周反复荷载下配置HRBF500级钢筋高铁桩头累积损伤研究

摘要

桩基础作为铁路桥梁主要的基础形式被广泛应用于高速铁路建设中。高桩承台基础具有一段自由长度，其周围没有侧向约束，容易成为桥梁基础发生震害的易损部位，需做重点研究。HRBF500级高强钢筋既具有高强度、高延伸率，同时兼有良好的塑性和韧性，具有明显的经济效益和社会效益。目前关于地震作用下配置HRBF500细晶粒钢筋桩头构件的累积损伤性能研究，国内外学者罕有涉及。
　　基于此，本文结合课题组前期桩头构件的试验，采用有限元模拟和理论分析相结合的方法对HRBF500级钢筋高桩承台桩头的累积损伤性能展开研究。主要研究内容如下:
　　(1)采用ABAQUS非线性有限元软件对配置HRBF500钢筋混凝土桩头试验进行有限元模拟，对比分析了荷载-位移曲线、骨架曲线等，计算结果与试验结果符合较好。在此基础上，通过改变桩头模型配置参数，并对各有限元模型进行标准变幅加载，研究了桩头模型在标准变幅加载情况下的累积损伤性能。主要研究了配筋率、配箍率、混凝土强度、轴压比、纵筋强度等不同参数对模型的骨架曲线、塑性铰区纵筋应力应变、混凝土损伤发展情况的影响，并采用能量等效法求出各模型的承载力特征值和延性特征值。
　　(2)研究了各有限元模型在等位移幅值加载情况下的累积损伤性能，主要研究了不同桩身参数下模型的滞回性能、刚度退化、耗能能力等。提出了基于塑性应变能密度理论和受压构件非弹性屈曲理论的低周疲劳寿命理论模型。根据上述理论模型和等幅加载有限元分析结果，通过matlab编制相应程序对桩头模型低周疲劳寿命进行估算。
　　(3)根据上述有限元分析结果，并基于经典Park-Ang双参数损伤模型，通过参数化回归分析规格化滞回耗能与规格化侧移比之间的函数关系，建立了可用于500MPa级钢筋桩头构件的修正损伤模型，并用修正的损伤模型对试验构件损伤演化的全过程进行描述和评价。通过修正损伤模型的试验验证分析，给出了HRBF500级钢筋桩头构件的损伤指标的评价准则，为该类型桩头构件的研究应用奠定了重要基础。
　　(4)在总结本文的基础上，给出了桩头构件相应的设计建议并对桩头构件未来的研究方向及尚待解决的问题进行了阐述。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 高强钢筋混凝土的发展与研究现状

1．2．1 国内外高强钢筋应用和研究现状

1．2．2 国内HRBF500钢筋混凝土构件的研究现状

1．3 混凝土构件的累积损伤性能研究现状

1．4 研究意义与内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

第二章 标准变幅加载下桩头模型累积损伤性能研究

2．1 配置HRBF500级钢筋桩头试验简述

2．1．1 试件设计

2．1．2 材料力学性能

2．1．3 试验加载方案

2．2 标准变幅加载下桩头模型累积损伤有限元分析

2．2．1 分析概况

2．2．2 材料本构关系

2．2．3 有限元模型

2．2．4 有限元结果与试验结果对比

2．3 不同桩身配置参数下模型损伤性能研究

2．3．1 变参数有限元模型

2．3．2 塑性铰区纵筋应力应变发展情况

2．3．3 塑性铰区混凝土损伤发展情况

2．3．4 骨架曲线

2．3．5 模型的延性特征

2．4 本章小结

第三章 等幅加载下桩头模型累积损伤性能研究

3．1 引言

3．2 等幅加载下桩头模型疲劳性能分析

3．2．1 滞回性能分析

3．2．2 刚度退化分析

3．2．3 耗能能力分析

3．3 低周疲劳寿命分析

3．3．1 桩头构件试验破坏现象分析

3．3．2 桩头模型低周疲劳寿命理论模型

3．3．3 桩头模型低周疲劳寿命估算

3．4 本章小结

第四章 桩头累积损伤模型研究

4．1 损伤模型概述

4．1．1 损伤模型的基本概念

4．1．2 基于变形或累积耗能损伤模型

4．1．3 基于刚度或耗能能力退化损伤模型

4．1．4 双参数损伤模型

4．2 基于Park-Ang双参数损伤模型的改进

4．2．1 改进模型的确定

4．2．2 模型参数的确定

4．3 基于改进Park-Ang双参数损伤模型构件损伤分析

4．3．1 桩头构件试验损伤评价

4．3．2 桩头构件试验损伤发展分析

4．4 修正损伤模型损伤评价准则

4．4．1 修正损伤模型损伤指数与破坏等级的关系

4．4．2 修正损伤模型损伤指标的评价准则

4．5 本章小结

第五章 结论与研究建议

5．1 结论

5．1．1 标准变幅移加载下桩头模型累积损伤性能研究结论

5．1．2 等幅加载下桩头模型累积损伤性能研究结论

5．1．3 累积损伤理论模型研究结论

5．2 桩头设计建议

5．3 存在的问题与展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表论文

致谢