桥梁节点部位的抗震分析研究

摘要

本文基于震害现象和已有的试验和理论研究，遵循能力抗震设计的思想，结合我国公路桥梁的特点，对桥墩与盖梁相交的节点区域进行了受力分析，对影响其极限强度的因素做出了探讨，具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文首先利用大型有限元程序，采用Mander约束混凝土本构模型，对已有的试验构件进行了数值仿真分析，分析结果和试验观测现象吻合良好。在此基础上，针对我国公路桥梁结构的特点，结合实际工程项目，对具有典型桥梁节点构造形式的框架结构进行受力分析。分析显示，在侧向位移增大的过程中，墩底截面弯矩最大，首先进入屈服状态。在墩底截面出现塑性铰以后，截面上的弯矩会保持平稳状态不再增长，而墩顶截面的弯矩会随框架变形的增加而持续增大，节点核心区域内的箍筋应力也会随之增加直至屈服。此时，节点区域的刚度出现退化，会削弱对墩顶截面的约束，甚至形成铰接约束，从而引起结构中的内力重分布，使结构侧向变形加速变大，对结构横向抗震是很不利的。节点核心区中配置适量的箍筋，除了能起到约束混凝土，提高混凝土强度的作用以外，在混凝土开裂后能直接参与受力，是保证节点裂缝不会充分开展，刚度不出现急剧退化的有效措施。在横梁中设置预应力，一方面能有效提高节点的刚度，保证对墩顶截面的约束不会出现严重削弱，改善最不利的墩底截面受力状况，从而提高整体结构的抗震性能；另一方面，预应力筋能直接参与抗剪作用，减少节点中横向箍筋的数量，改善节点区域钢筋拥挤的状况，方便施工。在桥墩与盖梁相交处设置承托，一方面可以改善桥墩与盖梁拐角处混凝土局部应力集中的情况，另一方面扩大了节点区域的范围，增强了节点的刚度，改善框架结构受力状态，从而达到提高框架结构整体抗震性能的目的。节点的强度乃至框架结构的抗震性能，与桥墩和盖梁的抗弯刚度比值S=Ibeam/Icol。有很大关系。S越接近于l，即桥墩与盖梁的抗弯刚度越接近，节点的极限强度就越低，刚度退化越厉害，对结构的抗震性能影响也越大。如果桥梁结构中桥墩和盖梁都采用箱梁的形式，节点区域为实心混凝土，那么节点相对强度和刚度较大，对整个结构的横向抗震性能是有利的。 最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

目录

文摘

英文文摘

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第一章课题来源和国内外研究现状

1.1桥梁延性抗震设计思想

1.2节点震害现象

1.3节点抗震性能研究现状

1.3.1节点抗震性能研究进展

1.3.2节点抗震性能的影响因素

1.3.3预应力混凝土节点抗震性能研究现状

1.3.4现行各国规范对于框架节点的抗震设计

1.4本文主要研究内容

第二章节点受力分析和破坏形态

2.1节点的受力过程

2.2节点区域受力分析

2.3国内外的试验研究

2.4节点受力机理

2.5节点部位钢筋的锚固

2.5.1锚固的基本原理

2.5.2影响锚固的因素

2.5.3各国规范规定的最小锚固长度

2.5.4墩头锚固

2.6本章小结

第三章有限元数值仿真试验

3.1钢筋混凝土有限元基本理论

3.1.1有限元建模方式

3.1.2裂缝的数学模型

3.2材料本构关系

3.2.1约束混凝土的本构关系

3.2.2钢筋的本构关系

3.3节点试验的数值仿真

3.4闭合弯矩作用下节点极限强度的探讨

3.4.1主筋配筋率对节点极限强度的影响

3.4.2箍筋配箍率对节点极限强度的影响

3.5张开弯矩作用下节点极限强度的探讨

3.5.1主筋配筋率对节点极限强度的影响

3.5.2箍筋配箍率对节点极限强度的影响

3.6本章小结

第四章桥梁节点部位的极限承载能力

4.1桥梁节点部位的典型构造

4.2单元材料属性

4.3加载方式和边界条件

4.4“闭合”弯矩作用下节点的极限强度

4.4.1框架结构薄弱环节的确定

4.4.2节点中箍筋的作用

4.4.3横梁预应力筋的作用

4.4.4承托的作用

4.5“张开”弯矩作用下节点的极限强度

4.5.1框架结构薄弱环节的确定

4.5.2节点中箍筋的作用

4.5.3横梁预应力的作用

4.5.4承托的作用

4.6梁柱刚度比值对框架极限强度的影响

4.7本章小结

第五章箱型梁柱节点的极限承载能力

5.1构造尺寸

5.2单元材料属性

5.3加载方式和边界条件

5.4“闭合”弯矩作用下节点的极限强度

5.4.1框架结构薄弱环节的确定

5.4.2节点中箍筋的作用

5.5“张开”弯矩作用下节点的极限强度

5.5.1框架结构薄弱环节的确定

5.5.2节点中箍筋的作用

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1本文主要工作

6.2本文主要结论

6.3下一步研究工作的方向

致谢

参考文献

作者简历 在读期间发表的学术论文与研究成果