SMA丝加固钢筋混凝土桥墩抗震性能分析

摘要

近年来，国内外大地震频发，造成的人员伤亡和财产损失不计其数，严重影响社会发展。桥梁是公路交通基础设施网络中最关键的要素之一，在地震作用下往往属于薄弱环节，而桥墩作为桥梁结构抗震中最重要的抗侧力构件，又是地震作用下桥梁结构中最易破坏的部位。桥墩在地震中发生破坏主要因为塑性铰区的延性和抗剪能力不足，表现在箍筋的配置数量不足和其搭接长度不够。我国存在大量基于旧的桥梁抗震设计规范设计的箍筋配置不足的钢筋混凝土桥墩；加之由于服役时长和环境的不同，旧桥墩还存在混凝土开裂、疏松、塌落、钢筋外露等病害，因此对旧桥桥墩进行抗震加固显得尤为紧迫。形状记忆合金（SMA）因为具有形状记忆效应、超弹性、高阻尼等特性，既能在不需要张拉机具情况下实现对桥墩的主动加固，又能较好的提升墩柱的延性和耗能能力。采用SMA主动约束桥墩已成为一种新颖有效地主动加固方法，但SMA材料特性及不同的加固参数对加固效果的影响仍然需要进一步探索。 本文基于国家自然科学基金项目（51678110）中拟静力试验结果，采用OpenSEES对镍钛铌SMA主动加固钢筋混凝土墩柱进行数值模拟验证，主要研究内容及结论如下： （1）基于宏观SMA本构模型和材料试验结果，明确了本文所用SMA的力学性能。结合SMA特性，得出SMA约束混凝土的应力-应变分析模型并与既有试验数据对比，结果与本文提出的模型计算结果吻合较好。 （2）基于所建立的SMA约束混凝土模型，采用OpenSEES有限元软件对拟静力试验中SMA加固RC圆墩柱进行模拟，模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上，进一步研究不同混凝土强度等级、纵筋率、长细比、轴压比、SMA缠绕高度和SMA约束力等参数变量下的SMA约束RC墩柱进行抗震性能影响规律，为后续SMA加固墩柱相关研究给出可合适参数设计意见。 （3）根据对不同参数下的滞回曲线结果进行分析和归纳，确定了SMA主动约束加固RC墩柱的三折线骨架曲线，并给出了相应的滞回规则及刚度退化规律，从而建立了考虑纵筋率、长细比、轴压比和SMA约束围压等四个参数的SMA主动加固RC墩柱恢复力模型，可为采用环向预应力SMA加固RC墩柱的动力分析提供参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 既有钢筋混凝土墩柱加固方法

1.2.1 增大截面加固法

1.2.2 外包套夹加固法

1.2.4 横向预应力加固法

1.2.4 其他加固修复方法

1.3 SMA材料特性及主动加固墩柱方法介绍

1.3.1 SMA材料概述

1.3.2 SMA丝主动加固墩柱方法

1.4 国内外研究现状

1.4.1 国外SMA加固墩柱研究现状

1.4.2 国内SMA加固墩柱研究现状

1.5 本文主要研究内容

2 SMA主动约束混凝土本构分析

2.1 引言

2.2 SMA材料力学性能

2.2.1 SMA本构模型

2.2.2 循环荷载下SMA力学性能

2.2.3 NiTiNb-SMA力学性能

2.3 SMA主动约束混凝土模型

2.3.1 典型约束混凝土模型

2.3.2 SMA主动约束混凝土侧向约束力计算

2.3.3 轴向-侧向应变关系

2.3.4 SMA主动约束混凝土模型的建立

2.4 本章小结

3 SMA加固钢筋混凝土墩柱的滞回性能分析

3.1 引言

3.2 拟静力试验概况

3.2.1 试件尺寸及参数

3.2.2 材料性能

3.2.3 加载方案

3.3 数值模型的建立与验证

3.3.1 基本假定

3.3.2 材料本构

3.3.3 截面、单元及约束

3.3.4 加载、分析和结果记录

3.4.5 数值模拟结果与试验结果的对比验证

3.4 滞回性能分析指标

3.4.1 滞回曲线特点

3.4.2 骨架曲线及延性系数

3.5 SMA加固柱滞回性能影响参数分析

3.5.1 混凝土强度等级的影响

3.5.2 配筋率的影响

3.5.3 长细比的影响

3.5.4 轴压比的影响

3.5.5 SMA侧向约束力的影响

3.5.6 SMA缠绕高度的影响

3.6 本章小结

4 SMA加固钢筋混凝土墩柱恢复力模型研究

4.1 引言

4.2 骨架曲线模型

4.2.1 骨架曲线主要特征

4.2.2 特征参数的确定

4.2.3 骨架曲线的验证

4.3 滞回准则

4.3.1 卸载刚度的确定

4.3.2 滞回规则的确定

4.4 恢复力模型的验证及适用范围

4.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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