低配筋率高速铁路桥墩抗震延性分析

摘要

受刚度控制等因素的制约，我国铁路桥墩很多都采用了少配筋的重力式桥墩，包括低配筋率的高速铁路桥墩。这些低配筋率桥墩（配筋率在0.5％以内）很难像公路规范或其他国外规范那样进行延性设计;另一方面，由于铁路桥桥墩截面尺寸大，即使进入塑性，其塑性变形也很小。这就意味着低配筋率铁路桥墩的延性性能如何以及抗震能力需要开展研究。本文研究的主要内容包括:
　　(1)利用有限元分析软件ANSYS建立了高速铁路桥墩的实体模型，与实验数据进行对比，验证了模型的正确性;计算了不同配筋率、配箍率以及剪跨比下桥墩的各项延性性能以及破坏过程，并对结果进行了对比。结果表明:桥墩的滞回曲线均表现出明显的捏拢效应，当配筋率小于0.3％时，桥墩延性性能差，表现为脆性破坏;当配筋率大于0.4％时，桥墩才表现出良好的塑性性能。
　　(2)分析了剪跨比、纵筋配筋率与配箍率对桥墩各项延性指标的影响。结果表明:纵筋配筋率是影响桥墩延性性能最主要的因素。纵筋配筋率的增加，可以明显提高桥墩的极限位移以及位移延性系数;桥墩的滞回耗能能力也得到明显的增强，还能够有效减缓桥墩刚度退化的速度。剪跨比的增加可以明显提高桥墩的屈服位移，并且对桥墩的极限位移、位移延性系数以及滞回耗能能力有一定的帮助，但不如配筋率的影响作用明显。相比较来说，配箍率对于桥墩的延性性能影响不大。
　　(3)利用ANSYS建立了一座两跨32m的简支梁桥的有限元模型，并对其在纵桥向进行了动力非线性时程反应分析。得到了不同墩高的桥墩在不同地震波、不同加速度峰值下，桥墩墩顶的位移反应。将得到的墩顶最大位移反应与桥墩纵桥向极限位移进行对比，给出了桥墩在不同加速度峰值下最低配筋率的建议值。并验证了现行高速铁路通用图桥墩的抗震性能。

目录

声明

致谢

摘要

1．1．1 选题的背景

1．1．2 研究的意义

1．2 桥墩抗震研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 高速铁路桥梁抗震设计存在的问题

1．3．1 高速铁路桥梁的特点

1．3．2 目前存在的问题

1．4 本文主要研究内容

2 桥梁延性抗震设计的基本理论

2．1．3 动力抗震设计方法

2．1．4 基于性能的设计方法

2．2 桥梁抗震设计国内外规范对比

2．2．1 国内外规范关于地震作用水平的对比

2．2．2 国内外规范关于塑性铰长度的对比

2．2．3 国内外规范关于最小配箍率的对比

2．3 桥墩延性设计相关概念

2．3．1 延性指标

2．3．2 恢复力曲线

2．3．3 桥墩塑性铰区

3 高速铁路桥墩有限元模型的建立

3．1 有限元实体单元简介

3．1．1 有限元实体单元的基本理论模型

3．1．2 有限元实体单元开裂与压碎模型

3．1．3 有限元实体单元破坏准则和屈服准则

3．2．1 材料的本构关系

3．2．2 塑性材料的理论描述

3．3 高速铁路通桥桥墩实体模型的建立

3．3．1 建模方式的选取

3．3．2 桥墩模型的建立

3．3．3 模型的求解设置

3．3．4 模型正确性验证

4 低周往复荷载作用下低配筋率桥墩纵向延性分析

4．1 有限元模型概况

4．1．1 桥墩模型基本参数

4．1．2 模型的加载方式

4．2 计算结果分析

4．2．1 滞回曲线分析

4．2．2 骨架曲线分析

4．2．3 位移延性系数分析

4．2．4 破坏过程分析

4．2．5 耗能特性分析

4．2．6 刚度退化分析

4．3 本章小结

5 低周往复荷载作用下低配筋率桥墩横向延性分析

5．1 有限元模型概况

5．1．1 有限元模型的建立

5．1．2 模型的基本参数

5．2 计算结果分析

5．2．1 滞回曲线分析

5．2．2 骨架曲线分析

5．2．3 位移延性系数分析

5．2．4 破坏过程分析

5．2．5 耗能特性分析

5．2．6 刚度退化分析

5．3 本章小结

6 桥墩地震反应分析

6．1 地震波的选取原则

6．2 有限元模型的建立

6．3 桥墩位移反应分析

6．3．1 5m高桥墩的位移反应分析

6．3．2 10m高桥墩的位移反应分析

6．3．3 15m高桥墩的位移反应分析

6．3．4 20m高桥墩的位移反应分析

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果