钢筋混凝土梁式桥地震破损研究

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1、中国地震局工程力学研究所博士学位论文钢筋混凝土梁式桥地震破损研究姓名：王东升申请学位级别：博士专业：土木工程·防灾减灾工程及防护工程指导教师：冯启民2002.9.1摘要摘要深入研究桥梁结构地震损伤和破坏过程，建立定量化的损伤分析模型，对加深震害理解和发展桥梁抗震设计方法具有重要理论意义和实际价值。本文详细总结和分析该领域的主要文献，并对钢筋混凝土桥墩地震损伤模型、邻梁碰撞问题建模和整体桥梁地震破损进行了研究，在以下几个方面有所创新或有新的认识：(1)基于剩余寿命等效的钢筋混凝±构件地震损伤模型基于剩余寿命等效的概念，提出了钢筋混凝土构件地震损

2、伤改进模型。其基本思想是认为以某损伤参数(如刚度，位移延性、能量等)建构的损伤指数模型与疲劳损伤指数模型(如纵筋累积疲劳损伤)。在损伤指数／9=1．0条件下都可以表示构件失效，这样在某时刻以不同损伤指数表达的构件剩余寿命(Lo-o,)与损伤指数增量AD，之比，都等于使构件完全失效时对应的继续循环加载周数。利用这种等效关系定义了新的损伤指数，可以在构件的反应参量和破坏机理之间建立起联系。作为实际应用给出了一种基于截面刚度退化的低周反复荷载作用下钢筋混凝土桥墩损伤模型。(2)改进的Park—Ang双参数地震损伤模型利用上述理论结合国内外发表的试验

3、结果，分析了Park--Aug双参数地震损伤模型的合理组合模式和低周反复荷载作用下规格化最大位移与规格化极限滞回耗能的关系。通过引入与加载路径有关的能量项加权因子算f，由定义的临界延性系数Ⅳ。和能量等效系数，，。计算，提出了新的改进形式。改进的Park—Ang双参数地震损伤模型规格化最大位移与规格化极艰滞回耗能是非线性组合，可以近似考虑加载路径对损伤影响。试验和数值分析表明，改进模型还可以有效地降低组合参数B不确定性对损伤指数计算结果的影响，而新引入参数的不确定性对其计算结果几乎没有影响，这就给应用带来了便利。C3)邻梁碰撞问题建模技术基于直

4、杆共轴碰撞理论建立了邻梁碰撞问题的分析模型，为分析桥梁碰撞问题莫定了技术基础。通过解析与数值结合的方法研究了碰撞弹簧刚度比a、邻梁长度比最／^、阻尼比f等主要影响参数。利用美国加州强震观测计划获得的邻梁碰撞强震记录，估计了碰撞弹簧刚度约为0．5倍的较短主梁轴向刚度。一中国地震局工程力学研究所博士学位论文在动量守恒定律和能量守恒定律基础上，给出了与直杆共轴碰撞等效的刚体碰撞模型，所定义的等效恢复系数F由邻梁长度比12／lt和碰撞弹簧刚度比口唯一决定。一座实际桥梁地震反应邻梁碰撞效应分析表明，等效刚体碰撞模型可以得到与弹性杆碰撞模型几乎一致的结果

5、。(4)近断层地震动作用下钢筋混凝土桥墩的抗震性能通过对满足规范延性要求的12根典型钢筋混凝土桥墩试件的线性和非线性地震反应分析，指出在近断层地震动作用下满足延性需求与延性能力比小于10的桥墩仍可能发生严重破坏和倒塌，若考虑桥墩的地震损伤性能，允许的延性需求与延性能力比不宜超过o6,．-9．8。讨论了桥墩延性抗麓设计中强度折减系数R和设计基底剪力系数BSC取值问题。最后结合获得的桥墩试件滞回耗能和损伤分析计算数据，给出了改进的Park-Ang双参数地震损伤模型的简化计算方法，为将其应用于基于结构性态抗震设计的能力谱方法中提供了初步的基础。(5

6、)多跨长简支梁桥落梁震窖分析以滦河桥为例，采用全桥整体模型研究了地震行波作用下邻梁碰撞对多跨长简支梁桥落梁震害的影响问题，得到了几点共性认识。碰撞一般首先发生在近震源的桥台处，为几跨几乎同时发生的同向追赶碰撞，此类碰撞以“行波”方式向桥梁远端传递，并因伸缩缝宽度的累加作用而使碰撞逐渐减弱。桥梁中部各跨因远离桥台，运动受约束较弱，加之受桥梁端部各跨的碰撞推顶作用，墩梁间将会发生更大的相对位移，易在强烈地震中首先发生落梁；输入加速度峰值“正“‘负”不同，邻梁碰撞对全桥墩粱最大相对位移发生与分布的影响有很大不同。基于实际震害和纵桥向非线性地震反应分

7、析，提出了近断层地震动可能是造成滦河桥落梁震害的重要外因的震害解释新观点。(6)邻梁碰撞对隔震连续粱桥下部结构地震损伤的影响分析了罕遇地震条件下多联隔震连续梁桥整体地震反应中，因行波效应产生的邻粱碰撞对钢筋混凝土桥墩地震损伤性能的影响。邻梁碰撞会显著增加桥墩的位移延性需求和地震损伤程度，n--]D／采用在墩顶设置挡块或墩梁间设置拉索限位器，并允许墩梁发生可以接受的较大相对位移来减轻碰撞对下部结构地震损伤的影响。关键词；钢筋混凝士桥墩地震损伤模型近断层地震动碰撞落梁地震行波．Ⅱ-ABSTRACTABSTRACTResearch0nnonline

8、arresponseandseismicdamageofbridgestructuresisvaluablefromtheviewpointthatitCanimp