预制节段拼装桥墩地震易损性分析研究

作     者：刘长彬 

作者单位：吉林建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘文会

授予年度：2022年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：节段拼装桥墩 OpenSees 抗震性能 位移延性系数 IDA 易损性 

摘      要：随着国家绿色生态公路建设的不断推进以及可持续化发展战略的部署,对桥梁结构的建造方式和工程施工提出了更高的要求,预制节段拼装桥墩以其能减少施工污染、提高施工质量和劳动生产效率的优点得到越来越广泛的关注。当前,节段拼装构件更多还是应用在桥梁的上部结构建造中,关于桥墩构件的工程应用我国仍处于起步阶段,分析原因为桥墩在地震作用下的损伤机理尚不明确,地震安全性有待提高。桥墩构件作为桥梁的主要承重结构,在地震动作用下易发生损坏,因此有必要对其抗震性能及易损性分析开展深入系统的研究。本文基于OpenSees数值仿真分析平台,以现有试验为依托,分别设计节段拼装桥墩与整体式桥墩仿真模型,通过循环荷载作用下的拟静力分析和动力时程响应分析,研究二者之间抗震性能的差异以及如何对节段拼装桥墩进行设计上的改进以降低地震响应影响。主要研究内容如下:(1)关于节段拼装桥墩抗震设计相关基本概念进行介绍,提出在节段拼装桥墩设计过程中值得关注的各影响参数,为之后有限元模型的建立提供理论基础。对四种常用的理论研究方法进行介绍,对比分析之后得出纤维模型法较适合于节段拼装桥墩的分析研究。同时简述抗震性能分析时要用到的两种试验方法。(2)基于OpenSees软件对预制节段拼装桥墩进行数值模拟分析。简述桥墩结构建模时所需要的钢筋和混凝土材料本构关系,研究并给出模型中钢筋混凝土材料及纤维单元的选取和加载方式的选择等,并与既有试验结果进行了对比,验证了本文建模方法的合理性和可靠性。对预制节段拼装桥墩抗震性能进行初步研究,对其滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性和残余位移进行分析,并与整体式现浇桥墩进行对比。(3)基于节段拼装桥墩数值模型,通过改变预应力筋设计参数,研究预应力筋配筋率和初始预应力大小对节段拼装桥墩抗震性能的影响。(4)对桥墩地震破坏准则、损伤指标和地震动强度参数进行选取。以位移延性系数—地面峰值加速度作为研究指标建立需求模型,利用IDA方法对桥墩模型进行地震时程响应分析,根据回归理论,生成概率地震易损性曲线,通过对易损性曲线的分析得到桥墩构件在不同地震动强度作用下各等级损伤状态发生的超越概率。同时,通过改变桥墩预应力筋初始预应力,得到不同易损性曲线,分析参数改变对桥墩失效概率的影响,得到一个地区不同桥梁易损程度差距。