鋼筋混凝土橋墩抗震性態(tài)數(shù)值評(píng)價(jià)與試驗(yàn)研究.pdf

1、近幾十年的橋梁震害促進(jìn)了橋梁抗震技術(shù)的快速發(fā)展，世界上主要橋梁抗震規(guī)范已采用延性設(shè)計(jì)，基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)方法成為目前的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)橋梁體系非線性地震反應(yīng)和破壞機(jī)理的深入了解和把握是性態(tài)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。本文首先詳細(xì)總結(jié)和分析該領(lǐng)域的主要文獻(xiàn)，其次從數(shù)值分析角度研究了利用簡(jiǎn)化塑性鉸模型和彈塑性纖維梁柱單元，計(jì)算鋼筋混凝土橋墩整體和局部地震損傷性態(tài)指標(biāo)或參數(shù)的精度及可行性，最后從模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)角度研究和比較了基于現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)、基于位

2、移設(shè)計(jì)和可能發(fā)生彎剪破壞模式的鋼筋混凝土短柱橋墩的抗震性能及破壞機(jī)理。論文在以下幾個(gè)方面有所創(chuàng)新或有新的認(rèn)識(shí)： 1.開發(fā)了鋼筋混凝土橋墩擬靜力試驗(yàn)數(shù)值模擬與地震損傷評(píng)價(jià)程序DLUT-RC 主要功能是進(jìn)行鋼筋混橋墩擬靜力試驗(yàn)滯回性能的數(shù)值分析和利用真實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行橋墩抗震性態(tài)指標(biāo)的計(jì)算。該程序包括兩種分析模型：簡(jiǎn)化塑性鉸模型和彈塑性纖維梁柱單元模型。塑性鉸模型可考慮不同試驗(yàn)裝置導(dǎo)致的P-△效應(yīng)。纖維單元模型包

3、括剛度法和柔度法單元，可考慮材料非線性、幾何非線性和節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋粘結(jié)滑移影響。程序采用了較為精確反映鋼筋、混凝土反復(fù)荷載下力學(xué)性能的Chang-Mander本構(gòu)關(guān)系模型。以力學(xué)模型計(jì)算等效塑性鉸長(zhǎng)度，以Lehman基于應(yīng)變的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算節(jié)點(diǎn)縱筋粘結(jié)滑移，建議了一種新的簡(jiǎn)化塑性鉸模型。 2.研究了鋼筋混凝土橋墩地震反應(yīng)數(shù)值模型與抗震性態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的匹配關(guān)系 利用簡(jiǎn)化塑性鉸模型和纖維單元模型，主要計(jì)算了Lehman等完成的

4、5根不同剪跨比及配筋率的鋼筋混凝土橋墩的截面曲率、殘余位移、混凝土和鋼筋應(yīng)變幅值、縱筋低周疲勞損傷指數(shù)等損傷評(píng)價(jià)指標(biāo)，并與試驗(yàn)結(jié)果比較。認(rèn)為不同模型計(jì)算的滯回曲線、殘余位移可以和試驗(yàn)有很好吻合；塑性鉸模型計(jì)算的極限曲率、縱筋應(yīng)變幅值和試驗(yàn)結(jié)果較為接近，但對(duì)于剪跨比λ≥8的高墩，極限曲率計(jì)算值小于試驗(yàn)值，將導(dǎo)致偏于危險(xiǎn)的結(jié)果；纖維單元模型，通過合理劃分單元網(wǎng)格或確定合適的高斯積分點(diǎn)數(shù)，對(duì)截面曲率、縱筋應(yīng)變幅值剛度法單元計(jì)算結(jié)果較為接近試驗(yàn)

5、值，而柔度法單元明顯大于剛度法單元。柔度法單元計(jì)算的縱筋疲勞指數(shù)要大于剛度法單元，但兩者的統(tǒng)計(jì)離散性都很大。所有模型都很大程度低估了橋墩破壞時(shí)的混凝土壓應(yīng)變幅值，纖維模型要略好于簡(jiǎn)化塑性鉸模型。此外，就目前常用的數(shù)值分析模型及其能力而言，認(rèn)為混凝土壓應(yīng)變和縱筋低周疲勞損傷指數(shù)尚不適合作為鋼筋混凝土橋墩的抗震性態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)。 3.進(jìn)行了延性彎曲破壞和脆性彎剪破壞的鋼筋混凝土橋墩地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn) 分別基于規(guī)范設(shè)計(jì)方法、基于位