【摘要】：對于沿海地區(qū)的斜拉橋,氯離子的侵蝕會導(dǎo)致鋼筋混凝土和拉索鋼絲等材料發(fā)生嚴(yán)重的性能退化,對斜拉橋的結(jié)構(gòu)安全造成巨大的威脅。此外,很多斜拉橋還位于地震高發(fā)區(qū),數(shù)次大地震中先后出現(xiàn)過橋梁嚴(yán)重破壞的案例。目前國內(nèi)外對于斜拉橋的抗震研究多基于完好結(jié)構(gòu),而考慮材料時變腐蝕的橋梁地震易損性研究多針對中小型梁式橋或斜拉橋的單一構(gòu)件,材料腐蝕退化對斜拉橋整體抗震性能的影響研究仍處于起步階段。隨著沿海地區(qū)斜拉橋的不斷規(guī)劃建設(shè),開展海蝕環(huán)境下斜拉橋的時變劣化抗震性能研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文以我國近海地區(qū)某單塔斜拉橋?yàn)槔?考慮氯離子對拉索和鋼筋混凝土的腐蝕作用,對斜拉橋主要構(gòu)件及完整橋梁體系的時變地震易損性進(jìn)行了系統(tǒng)討論。本文開展的主要研究工作如下:(1)引入氯離子侵蝕作用下的結(jié)構(gòu)材料劣化模型,考慮主塔、橋墩和拉索材料性能的時變劣化特性,基于OpenSees平臺,建立了算例斜拉橋在不同服役時長下的三維有限元模型,并采用SAP2000軟件對OpenSees模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。對不同服役時長下斜拉橋的自振周期進(jìn)行了對比分析,研究表明,鋼筋混凝土和拉索的性能劣化會導(dǎo)致斜拉橋自振周期增大,但增大率較小。(2)以100條成組地震波為輸入,通過對數(shù)回歸分析對兩種代表性的地震動強(qiáng)度指標(biāo)(結(jié)構(gòu)基本周期對應(yīng)的譜加速度Sa(T)和峰值地震動加速度PGA)進(jìn)行了評價,優(yōu)選Sa(T1)作為斜拉橋易損性分析的地震動強(qiáng)度度量參數(shù)。基于斜拉橋四種損傷狀態(tài)的劃分量化了各個構(gòu)件(主塔、橋墩、樁、支座以及拉索)的損傷指標(biāo),并通過彎矩-曲率分析對主塔和橋墩截面的時變抗震性能進(jìn)行了研究。(3)基于增量動力分析法建立了斜拉橋在不同服役時長下的構(gòu)件地震易損性曲線,研究發(fā)現(xiàn),隨著服役時長的增加,輕微損傷、中等損傷、嚴(yán)重?fù)p傷以及完全破壞四種損傷狀態(tài)下構(gòu)件(主塔、橋墩、樁、支座以及拉索)的損傷概率都出現(xiàn)了不同程度的增加,在任何損傷狀態(tài)下考慮材料性能劣化的構(gòu)件(主塔、橋墩、拉索)損傷概率的增加程度高于未考慮性能劣化的構(gòu)件(樁、支座)。(4)基于結(jié)構(gòu)可靠度理論和拉索失效模式的具體分析,提出采用不同損傷狀態(tài)下的分級串聯(lián)斜拉橋系統(tǒng)可靠度模型。(5)采用界限法對斜拉橋系統(tǒng)的時變地震易損性進(jìn)行研究,結(jié)果表明,斜拉橋系統(tǒng)的損傷概率高于單一構(gòu)件,且系統(tǒng)損傷概率隨著服役時長的增加而提高;當(dāng)某一構(gòu)件的損傷概率遠(yuǎn)高于其他構(gòu)件時,會導(dǎo)致斜拉橋系統(tǒng)的損傷概率與該構(gòu)件十分接近;因此,在輕微損傷和中等損傷狀態(tài)下,斜拉橋系統(tǒng)的損傷概率受支座損傷概率的影響較大,在嚴(yán)重?fù)p傷和完全破壞狀態(tài)下,斜拉橋系統(tǒng)的損傷概率受樁基礎(chǔ)損傷概率的影響較大。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U448.27
【圖文】：

ｌ．ｉ研究背景及意義逡逑近幾十年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及對海洋資源和主權(quán)的高度重視，逡逑許多跨海或近海重大工程不斷建設(shè)或納入規(guī)劃，尤其是為了滿足沿海地區(qū)的交通逡逑需求，大跨度近�；蚩绾蛄喝找嬖黾印Ｔ诖罂缍葮蛐头桨傅倪x擇上，懸索橋和逡逑斜拉橋因其跨越能力強(qiáng)而受到青睞，相比懸索橋，斜拉橋無需錨碇結(jié)構(gòu)，因此更逡逑具競爭力，在我國沿海地區(qū)江蘇、福建、廣東、海南等地多有建造。２０１９年建成逡逑通車的海南海文大橋（圖ｌ－ｌ（ａ）），是全國抗風(fēng)級別（可抗１７級臺風(fēng)）和防震等逡逑級（按９級地震設(shè)防）最高的跨海大橋，也是海南的地標(biāo)性建筑之一。２０１８年建逡逑成通車的港珠澳大橋（圖ｌ－ｌ（ｂ））是連接香港、珠海和澳門的超級橋隧工程，其逡逑主橋?yàn)槿罂缍蠕摻Y(jié)構(gòu)斜拉橋，其不僅代表了我國橋梁建設(shè)的先進(jìn)水平，更是逡逑綜合國力的體現(xiàn)，同時也為兩岸三地的經(jīng)濟(jì)、文化交流發(fā)揮了重要作用。表１－１逡逑列舉了我國八座具有代表性的跨海斜拉橋。逡逑

邐北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文邐逡逑極Ｆｅ２＋搬運(yùn)到混凝土中，由于混凝土呈堿性，Ｆｅ２＋將與ＯＨ－結(jié)合從而釋放氯離子，逡逑繼續(xù)加速鋼筋腐蝕。通常氯離子在混凝土中的擴(kuò)散可以概括為三個階段，如圖２－逡逑１所示：逡逑（１）擴(kuò)散階段。外界環(huán)境中的氯離子向混凝土內(nèi)部逐漸擴(kuò)散，混凝土內(nèi)的逡逑氯離子濃度逐漸上升，當(dāng)聚集于鋼筋表面的氯離子濃度達(dá)到臨界值時，鋼筋與氯逡逑離子發(fā)生反應(yīng)，鋼筋開始銹蝕。逡逑（２）銹蝕階段。鋼筋與氯離子發(fā)生反應(yīng)后，不斷產(chǎn)生銹蝕產(chǎn)物，保護(hù)層混逡逑凝土因剪脹作用產(chǎn)生裂縫。裂縫加快了氯離子的入侵，鋼筋銹蝕速率加快。隨著逡逑銹蝕產(chǎn)物剪脹作用的不斷增強(qiáng)，裂縫寬度增大，保護(hù)層混凝土發(fā)生剝落。逡逑（３）退化階段。保護(hù)層混凝土剝落后導(dǎo)致鋼筋完全暴露于空氣中，鋼筋混逡逑凝土材料性能明顯降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的性能產(chǎn)生顯著退化。逡逑

邐北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文邐逡逑部的濃度差也越大，氯離子更易擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部。ｃｓ受大氣環(huán)境中的氯離子濃逡逑度的直接影響。在Ｄｕｍｃｒｅｔｅ模型中，鋼筋混凝土的侵蝕環(huán)境被劃分為浸沒區(qū)、逡逑潮汐區(qū)、浪溉區(qū)和大氣區(qū)四類，如圖２－２所示。理論上，Ｇ隨時間的增加而逐漸逡逑累積，并且累積速度與所在環(huán)境下的溫度、濕度、氣候等都有密切聯(lián)系。然而，逡逑在穩(wěn)定環(huán)境下，混凝土結(jié)構(gòu)在服役一定時間后，其表面氯離子基本達(dá)到飽和，氯逡逑離子濃度趨于恒定值，不會發(fā)生較大的波動，并且相對整個橋梁服役期而言，表逡逑面氯離子濃度達(dá)到飽和的時間較短。因此，Ｄｕｒａｃｒｅｔｅ模型中假定表面氯離子濃度逡逑不隨時間變化：逡逑Ｃｓ邋＝Ａｓ（ｗ／ｂ）邋＋邋ｅｓ邐（２－４）逡逑式中ｗ／６為水膠比；ｄｓ，ｅｓ分別為與環(huán)境相關(guān)的系數(shù)。Ｄｕｒａｃｒｅｔｅ模型根據(jù)大量的逡逑試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了不同環(huán)境下和＆的概率分布特征，如表２－３所示。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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1 彭暉;張建仁;郝海霞;鐘惠萍;張克波;;銹蝕光圓鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受力性能試驗(yàn)研究[J];公路交通科技;2015年01期

2 谷音;蔡隆文;高智能;卓衛(wèi)東;;基于增量動力分析和纖維模型的矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)抗震性能研究[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報;2014年05期

3 李宏男;李超;;基于全壽命周期的橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能評價與設(shè)計方法研究進(jìn)展[J];中國公路學(xué)報;2014年10期

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本文編號：2791428