鋼筋混凝土橋墩抗震性態(tài)數(shù)值評價與試驗研究.pdf

1、近幾十年的橋梁震害促進了橋梁抗震技術(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，基于性態(tài)的抗震設(shè)計方法成為目前的研究熱點和發(fā)展趨勢，對橋梁體系非線性地震反應(yīng)和破壞機理的深入了解和把握是性態(tài)設(shè)計的關(guān)鍵所在。本文首先詳細總結(jié)和分析該領(lǐng)域的主要文獻，其次從數(shù)值分析角度研究了利用簡化塑性鉸模型和彈塑性纖維梁柱單元，計算鋼筋混凝土橋墩整體和局部地震損傷性態(tài)指標或參數(shù)的精度及可行性，最后從模型振動臺試驗角度研究和比較了基于現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計、基于位

2、移設(shè)計和可能發(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理。論文在以下幾個方面有所創(chuàng)新或有新的認識： 1.開發(fā)了鋼筋混凝土橋墩擬靜力試驗數(shù)值模擬與地震損傷評價程序DLUT-RC 主要功能是進行鋼筋混橋墩擬靜力試驗滯回性能的數(shù)值分析和利用真實試驗數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬結(jié)果進行橋墩抗震性態(tài)指標的計算。該程序包括兩種分析模型：簡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)荷載下力學性能的Chang-Mander本構(gòu)關(guān)系模型。以力學模型計算等效塑性鉸長度，以Lehman基于應(yīng)變的試驗統(tǒng)計公式計算節(jié)點縱筋粘結(jié)滑移，建議了一種新的簡化塑性鉸模型。 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)評價指標的匹配關(guān)系 利用簡化塑性鉸模型和纖維單元模型，主要計算了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)等損傷評價指標，并與試驗結(jié)果比較。認為不同模型計算的滯回曲線、殘余位移可以和試驗有很好吻合；塑性鉸模型計算的極限曲率、縱筋應(yīng)變幅值和試驗結(jié)果較為接近，但對于剪跨比λ≥8的高墩，極限曲率計算值小于試驗值，將導(dǎo)致偏于危險的結(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數(shù)，對截面曲率、縱筋應(yīng)變幅值剛度法單元計算結(jié)果較為接近試驗

5、值，而柔度法單元明顯大于剛度法單元。柔度法單元計算的縱筋疲勞指數(shù)要大于剛度法單元，但兩者的統(tǒng)計離散性都很大。所有模型都很大程度低估了橋墩破壞時的混凝土壓應(yīng)變幅值，纖維模型要略好于簡化塑性鉸模型。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)評價指標。 3.進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臺試驗 分別基于規(guī)范設(shè)計方法、基于位