预应力钢筋混凝土桥墩震后残余变形及控制措施

摘要

桥墩作为桥梁结构中重要的承重构件，若遭受地震荷载后出现较大的残余位移或发生坍塌，不仅严重威胁生命安全，更对灾后重建工程带来困难。准确评估桥墩震后残余位移值、采取有效手段控制桥墩损伤程度是改善桥梁抗震性能的有效方法。鉴于试验研究的局限性，本文基于OpenSees软件平台建立了桥墩动力分析模型，能够较准确地模拟出桥墩震后的残余位移值，并进一步讨论了竖向预应力筋对桥墩和修复桥墩震后残余位移的影响。主要的工作内容如下:
　　1.首先建立可有效模拟RC桥墩震后残余变形的数值分析模型，并通过与试验数据的对比证实了模拟方法的准确性。在此基础上，通过真实地震动下桥墩动力反应结果讨论了预应力钢筋对桥墩残余变形的影响规律，并讨论了残余位移与墩顶最大位移、预应力筋最大应力与墩项最大变形等工程设计指标之间的关系。结果表明对桥墩配置预应力筋能够有效减小桥墩震后残余位移，是控制桥墩震后损伤的有效方法。
　　2.鉴于试验研究手段的局限性，目前研究中关于预应力筋与纵筋配筋比例、预应力筋初应力水平等因素对桥墩地震作用下残余位移的影响效果尚不明确，无法为此类结构抗震设计提供理论依据，需要对配置竖向无粘结预应力钢筋的RC桥墩进行了全面系统的数值分析。分别讨论了外加轴力与预压应力之间的关系、预应力筋与纵筋配筋比例关系、预应力钢绞线放置位置、混凝土强度等各参数对桥墩动力时程下残余位移的影响，对预应力桥墩设计提供了参考数据及一定的理论依据。最后建立了上部结构-桩-土三者相互作用的分析模型，对桩-土相互作用下PRC桥墩的震后损伤情况进行了讨论。
　　3.为研究震后修复桥墩的抗震性能，基于OpenSees软件平台完成了对考虑钢筋损伤的修复桥墩数值分析模型的建立，将模拟结果与5个弯曲破坏为主的圆形截面桥墩拟静力试验结果进行对比，模型的适用性得到了验证，而后将修复数值分析模型应用到地震动时程作用下，通过IDA手段，对修复桥墩及配置预应力筋的修复桥墩抗震能力进行了分析。结果表明，修复后的普通RC桥墩能够满足基本使用要求，但是震后基本破坏，而含预应力筋的修复桥墩在遭受地震作用后仍然保持可修复性，再次证实了预应力筋的存在能够有效控制RC桥墩震后残余变形。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 桥墩震害调查

1．2．1 百花大桥

1．2．2 寿江大桥

1．2．3 庙子坪特大桥

1．2．4 新房子大桥

1．2．5 映秀大桥

1．2．6 其他大桥

1．3 预应力桥墩性能的研究现状

1．4 震后桥墩损伤评估与修复的研究现状

1．5 桩基与土体相互作用的研究现状

1．5．1 Penzien模型

1．5．2 Boulanger模型

1．5．3 m法

1．5．4 p-y曲线法

1．6 本文研究目的及主要内容

2 配置无粘结预应力筋的RC桥墩残余变形分析

2．1 引言

2．2 数值模型建立

2．2．1 混凝土材料

2．2．2 钢筋材料

2．2．3 粘结滑移单元

2．2．4 数值分析模型

2．3 数值模型的验证

2．4 RC桥墩动力时程分析

2．4．1 预应力筋设计

2．4．2 剪跨比

2．4．3 地震波的选取

2．5 数值分析结果及讨论

2．5．1 无粘结预应力筋对桥墩反应的影响

2．5．2 预应力筋配筋率对残余位移的影响

2．5．3 预应力筋轴压比ζ对残余位移的影响

2．5．4 预应力筋位置对残余位移的影响

2．5．5 墩顶最大位移与残余位移的关系

2．5．6 预应力筋最大应力与墩顶最大变形的关系

2．6 结论

3 RC桥墩中增加预应力钢筋设计方法研究

3．1 引言

3．2 数值设计

3．2．1 截面参数设计

3．2．2 数值模型与材料

3．3 预应力筋设计方法的研究

3．3．1 预应力筋初应力

3．3．2 预应力筋配筋率

3．3．3 预应力筋位置

3．4 混凝土强度对PRC桥墩的影响

3．5 桩基与土体相互作用对残余位移的影响

3．5．1 上部结构-桩-土数值分析模型的建立

3．5．2 时程分析结果

3．6 结论

4 震后修复RC桥墩地震反应研究

4．1 引言

4．2 试验概况

4．2．1 RC桥墩拟静力试验

4．2．2 RC桥墩修复试验

4．3 数值分析模型

4．3．1 混凝土材料

4．3．2 脆性混凝土材料

4．3．3 环氧树脂胶材料

4．3．4 FRP约束混凝土材料

4．3．5 屈曲钢筋材料

4．3．6 零长度转动弹簧单元

4．3．7 数值分析模型

4．4 模拟结果与试验结果对比

4．4．1 滞回曲线

4．4．2 骨架曲线

4．5 RC修复桥墩地震作用下的模拟分析

4．5．1 试件设计

4．5．2 建立数值分析模型

4．5．3 动力加载下修复试件抗震能力

4．6 结论

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢