混合配筋预制节段拼装桥墩抗震性能与设计方法

《混合配筋预制节段拼装桥墩抗震性能与设计方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文混合配筋预制节段拼装桥墩抗震性能与设计方法SEISMICPERFORMANCEANDDESIGNMETHODOFHYBRIDREINFORCEDPRECASTSEGMENTALBRIDGECOLUMNS蔡忠奎哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TU378.3学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学博士学位论文混合配筋预制节段拼装桥墩抗震性能与设计方法博士研究生：蔡忠奎导师：王震宇教授申请学位：工学博士学科：结构工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cl

2、assifiedIndex:TU378.3U.D.C:624DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSEISMICPERFORMANCEANDDESIGNMETHODOFHYBRIDREINFORCEDPRECASTSEGMENTALBRIDGECOLUMNSCandidate：Zhong-KuiCaiSupervisor：Prof.ZhenyuWangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：Structur

3、alEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要现代桥梁结构应兼具高效的建造速度、可靠的抗震性能及良好的震后可修复性，而传统钢筋混凝土（ReinforcedConcrete,RC）桥墩的现浇建造方式造成了桥梁建设工期冗长和桥位周边环境劣化，且该类桥墩易产生过大的震后残余位移而严重影响桥梁结构的震后可修复性和使用性

4、。与现浇RC桥墩不同，预制节段拼装桥墩（PrecastSegmentalBridgeColumn,PSBC）在建造时是将模块化预制的节段依次拼装并通过预应力筋连接成为整体，故而具有突出的建造效率优势和环保优势。然而，目前已提出的各类形式的PSBC大多无法做到抗震性能及震后可修复性的兼顾，且PSBC抗震设计方法的缺乏严重制约了此类可实现高效建造的桥墩在抗震区的应用。针对上述现浇及节段拼装桥墩存在的问题，本文提出了混合配筋节段拼装桥墩（HybridReinforcedPSBC,HR-PSBC）的概念，旨在实现桥墩体系建造效率、抗震

5、性能及震后功能性的同步提高。HR-PSBC同时采用耗能钢筋与自复位筋作为纵向受力筋，其中，以普通热轧钢筋作为耗能筋、利用其弹塑性特性提高PSBC的耗能能力，而以纤维增强复合材料（FiberReinforcedPolymer,FRP）筋或精轧螺纹钢筋作为自复位筋、利用其高弹性极限强度的特性提高PSBC的屈服后强度，以同时减小桥墩震时位移需求及震后残余位移。本文基于截面层面理论分析、构件层面试验及有限元分析，验证了上述混合配筋思路的有效性，揭示了主要设计参数对HR-PSBC抗震性能与自复位能力的影响规律，并提出了HR-PSBC详细

6、的两阶段抗震设计方法。本文的主要研究内容、方法和结论如下：（1）以混合配筋墩柱截面力学性能为研究切入点，分析了主要设计参数对混合配筋截面破坏模式和弯矩−曲率行为的影响规律，初步验证了混合配筋对提高桥墩屈服后刚度的有效性；在此基础上，以确保混合配筋截面具有较高屈服后刚度及合理破坏模式为目标，提出了HR-PSBC中自复位筋的三种潜在可行的配置方案并进行对比分析，为后续试验研究提供了理论指导；（2）基于前述截面层面理论研究，设计并制作了8个截面尺寸0.6m×0.4m、总高度4.2m的大比例PSBC试件并进行拟静力试验研究，考察了自复

7、位筋与耗能钢筋的混配比例、自复位筋的强度与弹模以及桥墩轴压比等主要设计参数对HR-PSBC抗震性能的影响规律；拟静力试验结果表明，混合配筋方法可在保持滞回耗能能力基本不变或有所增加的前提下有效提高墩柱屈服后刚度及自复位能力，同时桥墩的承载力和延性亦有较明显增加；-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文（3）基于OpenSees平台建立了HR-PSBC精细化纤维单元模型，实现了对FRP筋断裂、纵筋应变渗透所致粘结滑移、节段间相对转动等复杂力学行为的准确模拟，并通过与本文及前人开展的共计14个PSBC试件试验结果进行对比，验证了该建模

8、方法的精确性，弥补了当前研究中缺乏PSBC抗震性能高效数值分析方法的不足；在此基础上，开展了HR-PSBC单调推覆性能、滞回行为和地震激励下动力响应有限元分析，揭示了主要设计参数对HR-PSBC自身力学性能及震时最大位移与震后残余位移需求的定性及定量影响规律，提出了HR-PS