【摘要】：橋墩是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分,多以鋼筋混凝土為建設(shè)材料,由于混凝土本身抗裂性能差,橋墩在服役期間往往難以避免鋼筋銹蝕的困擾。而我國又是地震活動最為強烈的國家之一,處于震區(qū)的鋼筋銹蝕混凝土橋墩還要經(jīng)受地震的考驗,因此有必要開展鋼筋銹蝕橋墩抗震能力的研究。本文以單柱式橋墩為研究對象,開展了鋼筋銹蝕對混凝土橋墩抗震能力影響的研究,主要包括以下幾個方面的研究工作:(1)在查閱大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,研究了鋼筋銹蝕混凝土結(jié)構(gòu)的考慮辦法,提出了鋼筋銹蝕混凝土橋墩數(shù)值模型的建立方法,并通過對已有的鋼筋銹蝕墩柱往復(fù)荷載試驗進行模擬,驗證了該方法的可靠性。(2)利用Pushover法,對僅縱筋銹蝕、僅箍筋銹蝕和縱、箍筋均銹蝕橋墩的抗震能力進行研究,研究結(jié)果表明:縱筋銹蝕主要影響橋墩的極限承載力,箍筋銹蝕主要影響橋墩的位移延性,縱、箍筋均銹蝕橋墩的極限承載力和位移延性系數(shù)均隨鋼筋銹蝕率增加而降低,其中極限承載力的下降尤為明顯,相應(yīng)于50%銹蝕率的橋墩極限承載力下降幅度高達38.9%。(3)對縱、箍筋均銹蝕橋墩在7度、8度和9度地震作用下的抗震能力進行了評估,評估結(jié)果表明:橋墩在地震作用下的損傷狀態(tài)隨鋼筋銹蝕率的增加發(fā)生了明顯的惡化,以7度E2地震作用下橋墩為例,鋼筋未銹蝕時只發(fā)生輕微破壞,銹蝕率為50%時已經(jīng)惡化為嚴重破壞;同一銹蝕率橋墩在不同烈度地震作用下的損傷差距較大,40%銹蝕率橋墩在7度、8度和9度E2地震作用下的損傷分別為中等破壞、嚴重破壞和倒塌。(4)利用IDA法對鋼筋銹蝕橋墩在單條地震記錄作用下的抗震能力進行了研究,結(jié)果表明:橋墩抗震能力均隨鋼筋銹蝕率的增加而下降,在近場非脈沖、遠場、近場脈沖地震作用下,橋墩的抗震能力對鋼筋銹蝕率的敏感性依次減小;同一銹蝕率橋墩在近場非脈沖、遠場和近場脈沖地震作用下的抗震能力依次減小。(5)利用IDA法對鋼筋銹蝕橋墩在多條地震記錄作用下的抗震能力進行了研究,結(jié)果表明:在多條地震記錄作用下,鋼筋銹蝕橋墩在脈沖地震和非脈沖地震作用下的抗震能力均隨鋼筋銹蝕率的增加而顯著下降,鋼筋銹蝕率為40%橋墩抗震能力在脈沖地震作用下的下降幅度為31.91%,非脈沖地震作用下的下降幅度為30.87%;同一銹蝕率橋墩,在非脈沖地震作用下的抗震能力基本上是脈沖地震作用下的三倍還多。(6)對鋼筋銹蝕橋墩進行了地震易損性分析,分析結(jié)果表明:鋼筋銹蝕橋墩在脈沖地震和非脈沖地震作用下的地震易損性均隨鋼筋銹蝕率的增加而顯著增大;同一銹蝕率橋墩在脈沖地震作用下的易損性隨PGA增加而上升的速度遠大于非脈沖地震,以鋼筋銹蝕率為40%橋墩在PGA為0.4g地震作用下為例,橋墩在脈沖地震作用下發(fā)生破壞的概率為99.09%,而在非脈沖地震作用下發(fā)生破壞的概率僅為18.67%。
【圖文】：

圖 3-1 纖維單元模型nSees 中常用的單元類型混凝土墩柱在地震荷載作用下的響應(yīng)分析，OpenSees 中柱單元：非線性梁柱單元、塑性鉸梁單元和基于位移的柱單元和塑性鉸梁單元基于有限單元柔度法理論，基于限單元剛度法理論。對于三種單元的各自特點、優(yōu)劣比究成果，本文不再過多闡述。在 OpenSees 中選用不同的單元模型進行數(shù)值模擬，通過凝土結(jié)構(gòu)的模擬精度相差不大。由于基于位移的梁柱單，因此本文擬采用該單元對鋼筋銹蝕混凝土橋墩進行模本構(gòu)模型土結(jié)構(gòu)的非線性性能是由鋼筋和混凝土兩種材料共同決

參數(shù)來實現(xiàn)保護層混凝土和約束混凝土的模擬。enSees 中有著豐富的混凝土材料庫，其中使用較多的混凝土單軸材te0l、Concrete02 和 Conerete04 材料。其中的 Concrete02 和 Conere慮到了混凝土的受拉性能，具有較好的數(shù)值模擬效果，，下面對兩種型進行簡單的介紹。Concrete02 材料ncrete02 混凝土本構(gòu)模型是在修正的 Kent-Park 模型[60]基礎(chǔ)上發(fā)展模型通過改變混凝土的峰值應(yīng)力、應(yīng)變等來考慮箍筋的約束作用，關(guān)系如圖 3-2 所示，主要計算公式如下：
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U442.55;U443.22

【參考文獻】

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本文編號：2596239