【摘要】：近年來大地震頻發(fā)，高架橋作為交通網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，若在地震過程中發(fā)生了影響其使用性能的嚴(yán)重?fù)p傷，將導(dǎo)致交通網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，從而嚴(yán)重影響災(zāi)后的抗震救災(zāi)工作。諸多地震災(zāi)害調(diào)查報(bào)告表明，橋梁在地震過程中發(fā)生嚴(yán)重破壞甚至倒塌主要是由于橋墩的破壞所致。與傳統(tǒng)鋼筋混凝土橋墩相比，鋼橋墩具有輕質(zhì)、施工便捷、節(jié)省城市空間、外形多樣、造型美觀、震后補(bǔ)強(qiáng)措施簡潔、抗震性能高等優(yōu)勢。在純鋼橋墩中填充混凝土，一方面可以提高其抵抗車輛撞擊的能力，另一方面又可以提高其吸能能力并改善鋼橋墩的延性。 本文的研究對(duì)象為以柱頂恒定軸向力以及水平往復(fù)位移為荷載的部分內(nèi)填混凝土箱形截面鋼橋墩。通過使用有限元分析軟件DIANA對(duì)鋼橋墩進(jìn)行三維和二維彈塑性有限元分析，研究部分內(nèi)填混凝土鋼橋墩的延性性能。開展的主要研究如下： （1）鋼橋墩三維有限元模擬方法的試驗(yàn)驗(yàn)證�；谠囼�(yàn)數(shù)據(jù)，建立三維彈塑性有限元模型，將分析得到的水平荷載-水平位移滯回曲線以及破壞模態(tài)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，吻合較好。 （2）鋼橋墩破壞模態(tài)及受力機(jī)理分析。建立以翼緣寬厚比、柱長細(xì)比、混凝土填充率、柱頂軸壓比為變化參數(shù)的三維彈塑性精確有限元分析模型。歸納總結(jié)鋼橋墩可能出現(xiàn)的各破壞模態(tài)：對(duì)于純鋼橋墩，局部屈曲發(fā)生在試件底部；對(duì)于內(nèi)填混凝土鋼橋墩，混凝土填充量較少時(shí)，局部屈曲通常發(fā)生在內(nèi)填混凝土上部鋼板；隨著混凝土填充量的增加，局部屈曲將出現(xiàn)在試件底部附近。在此基礎(chǔ)上對(duì)主要加載步的試件應(yīng)變云圖進(jìn)行分析，，揭示純鋼橋墩和內(nèi)填混凝土鋼橋墩破壞模態(tài)的力學(xué)機(jī)理。 （3）水平反復(fù)荷載作用下鋼橋墩的延性性能分析。分析翼緣寬厚比、柱長細(xì)比、混凝土填充率、柱頂軸壓比等四個(gè)參數(shù)變化對(duì)內(nèi)填混凝土鋼橋墩延性性能以及剛度退化特性的影響。 （4）鋼橋墩延性性能簡化計(jì)算方法。從設(shè)計(jì)角度，使用二維梁單元模型預(yù)測鋼橋墩的延性。保持二維梁單元模型的各項(xiàng)幾何特性、材料特性均與三維模型一致，將計(jì)算結(jié)果與三維有限元分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，提出對(duì)底部鋼板的極限應(yīng)變進(jìn)行修正的方法，將底部鋼板的極限應(yīng)變乘以修正系數(shù)α后得到的計(jì)算結(jié)果作為二維簡化模型延性修正結(jié)果。通過擬合的方式得到結(jié)果誤差最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)α為1.6。在此基礎(chǔ)上，提出最優(yōu)混凝土填充率的確定方法，得到各模型的最優(yōu)混凝土填充率，為內(nèi)填混凝土鋼橋墩的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
【圖文】：

圖 1-1 阪神大地震神戶高架路橋倒塌破壞Fig.1-1 Kobe highway damaged during Hyogoken-nanbu Earthquake圖 1-2 阪神大地震中箱形截面鋼橋墩的破壞ig.1-2 Steel Box-section bridge pier damaged during Hyogoken-nanbu earthqu

1989 年在舊金山海灣地區(qū)發(fā)生的洛馬普利塔 7.1 級(jí)地震中，橋梁的破壞形式有柱的彎曲破壞、柱的剪切破壞以及柱的塑性鉸區(qū)的剪切破壞。圖 1-5 示某橋墩柱的塑性鉸的剪切破壞導(dǎo)致柱穿透橋面。在洛馬普利塔地震期間，受影響的 5 個(gè)縣總共有 1500 座橋梁，其中有 10 座因發(fā)生了較大的結(jié)構(gòu)破壞而需要臨時(shí)關(guān)閉，有 3 座橋梁發(fā)生了一處或者多處坍塌破壞，對(duì)該地區(qū)的交通網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。2008 年 5 月 12 日，在我國四川省汶川縣發(fā)生的里氏 8.0 級(jí)特大地震中，橋梁的損毀情況十分嚴(yán)重。百花大橋地處漩口鎮(zhèn)和映秀鎮(zhèn)交界處，是國道 213 線通往阿壩州的必經(jīng)之路，全長 500 米，耗資 3000 萬，2004 年建成通車。“5.12”汶川大地震中，該橋震晃劇烈，橋面斷裂，橋墩震毀，最終整體性倒塌。圖 1-6 示百花大橋部分橋段完全坍塌情況。圖 1-7 和圖 1-8 都是該橋橋墩發(fā)生破壞的情況。圖 1-3 阪神大地震中被損壞鋼橋墩的臨時(shí)加固Fig. 1-3 Temporarily retrofitted steel pier damaged during Hyogoken-nanbu Earthquake
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U443.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2549496