發(fā)布時(shí)間：2020-08-13 03:02

【摘要】：對(duì)于沿海地區(qū)的斜拉橋,氯離子的侵蝕會(huì)導(dǎo)致鋼筋混凝土和拉索鋼絲等材料發(fā)生嚴(yán)重的性能退化,對(duì)斜拉橋的結(jié)構(gòu)安全造成巨大的威脅。此外,很多斜拉橋還位于地震高發(fā)區(qū),數(shù)次大地震中先后出現(xiàn)過(guò)橋梁嚴(yán)重破壞的案例。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于斜拉橋的抗震研究多基于完好結(jié)構(gòu),而考慮材料時(shí)變腐蝕的橋梁地震易損性研究多針對(duì)中小型梁式橋或斜拉橋的單一構(gòu)件,材料腐蝕退化對(duì)斜拉橋整體抗震性能的影響研究仍處于起步階段。隨著沿海地區(qū)斜拉橋的不斷規(guī)劃建設(shè),開(kāi)展海蝕環(huán)境下斜拉橋的時(shí)變劣化抗震性能研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文以我國(guó)近海地區(qū)某單塔斜拉橋?yàn)槔?考慮氯離子對(duì)拉索和鋼筋混凝土的腐蝕作用,對(duì)斜拉橋主要構(gòu)件及完整橋梁體系的時(shí)變地震易損性進(jìn)行了系統(tǒng)討論。本文開(kāi)展的主要研究工作如下:(1)引入氯離子侵蝕作用下的結(jié)構(gòu)材料劣化模型,考慮主塔、橋墩和拉索材料性能的時(shí)變劣化特性,基于OpenSees平臺(tái),建立了算例斜拉橋在不同服役時(shí)長(zhǎng)下的三維有限元模型,并采用SAP2000軟件對(duì)OpenSees模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)不同服役時(shí)長(zhǎng)下斜拉橋的自振周期進(jìn)行了對(duì)比分析,研究表明,鋼筋混凝土和拉索的性能劣化會(huì)導(dǎo)致斜拉橋自振周期增大,但增大率較小。(2)以100條成組地震波為輸入,通過(guò)對(duì)數(shù)回歸分析對(duì)兩種代表性的地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)(結(jié)構(gòu)基本周期對(duì)應(yīng)的譜加速度Sa(T)和峰值地震動(dòng)加速度PGA)進(jìn)行了評(píng)價(jià),優(yōu)選Sa(T1)作為斜拉橋易損性分析的地震動(dòng)強(qiáng)度度量參數(shù)。基于斜拉橋四種損傷狀態(tài)的劃分量化了各個(gè)構(gòu)件(主塔、橋墩、樁、支座以及拉索)的損傷指標(biāo),并通過(guò)彎矩-曲率分析對(duì)主塔和橋墩截面的時(shí)變抗震性能進(jìn)行了研究。(3)基于增量動(dòng)力分析法建立了斜拉橋在不同服役時(shí)長(zhǎng)下的構(gòu)件地震易損性曲線,研究發(fā)現(xiàn),隨著服役時(shí)長(zhǎng)的增加,輕微損傷、中等損傷、嚴(yán)重?fù)p傷以及完全破壞四種損傷狀態(tài)下構(gòu)件(主塔、橋墩、樁、支座以及拉索)的損傷概率都出現(xiàn)了不同程度的增加,在任何損傷狀態(tài)下考慮材料性能劣化的構(gòu)件(主塔、橋墩、拉索)損傷概率的增加程度高于未考慮性能劣化的構(gòu)件(樁、支座)。(4)基于結(jié)構(gòu)可靠度理論和拉索失效模式的具體分析,提出采用不同損傷狀態(tài)下的分級(jí)串聯(lián)斜拉橋系統(tǒng)可靠度模型。(5)采用界限法對(duì)斜拉橋系統(tǒng)的時(shí)變地震易損性進(jìn)行研究,結(jié)果表明,斜拉橋系統(tǒng)的損傷概率高于單一構(gòu)件,且系統(tǒng)損傷概率隨著服役時(shí)長(zhǎng)的增加而提高;當(dāng)某一構(gòu)件的損傷概率遠(yuǎn)高于其他構(gòu)件時(shí),會(huì)導(dǎo)致斜拉橋系統(tǒng)的損傷概率與該構(gòu)件十分接近;因此,在輕微損傷和中等損傷狀態(tài)下,斜拉橋系統(tǒng)的損傷概率受支座損傷概率的影響較大,在嚴(yán)重?fù)p傷和完全破壞狀態(tài)下,斜拉橋系統(tǒng)的損傷概率受樁基礎(chǔ)損傷概率的影響較大。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U448.27
【圖文】：

ｌ．ｉ研究背景及意義逡逑近幾十年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及對(duì)海洋資源和主權(quán)的高度重視，逡逑許多跨�；蚪Ｖ卮蠊こ滩粩嘟ㄔO(shè)或納入規(guī)劃，尤其是為了滿(mǎn)足沿海地區(qū)的交通逡逑需求，大跨度近海或跨海橋梁日益增加。在大跨度橋型方案的選擇上，懸索橋和逡逑斜拉橋因其跨越能力強(qiáng)而受到青睞，相比懸索橋，斜拉橋無(wú)需錨碇結(jié)構(gòu)，因此更逡逑具競(jìng)爭(zhēng)力，在我國(guó)沿海地區(qū)江蘇、福建、廣東、海南等地多有建造。２０１９年建成逡逑通車(chē)的海南海文大橋（圖ｌ－ｌ（ａ）），是全國(guó)抗風(fēng)級(jí)別（可抗１７級(jí)臺(tái)風(fēng)）和防震等逡逑級(jí)（按９級(jí)地震設(shè)防）最高的跨海大橋，也是海南的地標(biāo)性建筑之一。２０１８年建逡逑成通車(chē)的港珠澳大橋（圖ｌ－ｌ（ｂ））是連接香港、珠海和澳門(mén)的超級(jí)橋隧工程，其逡逑主橋?yàn)槿罂缍蠕摻Y(jié)構(gòu)斜拉橋，其不僅代表了我國(guó)橋梁建設(shè)的先進(jìn)水平，更是逡逑綜合國(guó)力的體現(xiàn)，同時(shí)也為兩岸三地的經(jīng)濟(jì)、文化交流發(fā)揮了重要作用。表１－１逡逑列舉了我國(guó)八座具有代表性的跨海斜拉橋。逡逑

邐北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文邐逡逑極Ｆｅ２＋搬運(yùn)到混凝土中，由于混凝土呈堿性，Ｆｅ２＋將與ＯＨ－結(jié)合從而釋放氯離子，逡逑繼續(xù)加速鋼筋腐蝕。通常氯離子在混凝土中的擴(kuò)散可以概括為三個(gè)階段，如圖２－逡逑１所示：逡逑（１）擴(kuò)散階段。外界環(huán)境中的氯離子向混凝土內(nèi)部逐漸擴(kuò)散，混凝土內(nèi)的逡逑氯離子濃度逐漸上升，當(dāng)聚集于鋼筋表面的氯離子濃度達(dá)到臨界值時(shí)，鋼筋與氯逡逑離子發(fā)生反應(yīng)，鋼筋開(kāi)始銹蝕。逡逑（２）銹蝕階段。鋼筋與氯離子發(fā)生反應(yīng)后，不斷產(chǎn)生銹蝕產(chǎn)物，保護(hù)層混逡逑凝土因剪脹作用產(chǎn)生裂縫。裂縫加快了氯離子的入侵，鋼筋銹蝕速率加快。隨著逡逑銹蝕產(chǎn)物剪脹作用的不斷增強(qiáng)，裂縫寬度增大，保護(hù)層混凝土發(fā)生剝落。逡逑（３）退化階段。保護(hù)層混凝土剝落后導(dǎo)致鋼筋完全暴露于空氣中，鋼筋混逡逑凝土材料性能明顯降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的性能產(chǎn)生顯著退化。逡逑

邐北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文邐逡逑部的濃度差也越大，氯離子更易擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部。ｃｓ受大氣環(huán)境中的氯離子濃逡逑度的直接影響。在Ｄｕｍｃｒｅｔｅ模型中，鋼筋混凝土的侵蝕環(huán)境被劃分為浸沒(méi)區(qū)、逡逑潮汐區(qū)、浪溉區(qū)和大氣區(qū)四類(lèi)，如圖２－２所示。理論上，Ｇ隨時(shí)間的增加而逐漸逡逑累積，并且累積速度與所在環(huán)境下的溫度、濕度、氣候等都有密切聯(lián)系。然而，逡逑在穩(wěn)定環(huán)境下，混凝土結(jié)構(gòu)在服役一定時(shí)間后，其表面氯離子基本達(dá)到飽和，氯逡逑離子濃度趨于恒定值，不會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)，并且相對(duì)整個(gè)橋梁服役期而言，表逡逑面氯離子濃度達(dá)到飽和的時(shí)間較短。因此，Ｄｕｒａｃｒｅｔｅ模型中假定表面氯離子濃度逡逑不隨時(shí)間變化：逡逑Ｃｓ邋＝Ａｓ（ｗ／ｂ）邋＋邋ｅｓ邐（２－４）逡逑式中ｗ／６為水膠比；ｄｓ，ｅｓ分別為與環(huán)境相關(guān)的系數(shù)。Ｄｕｒａｃｒｅｔｅ模型根據(jù)大量的逡逑試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了不同環(huán)境下和＆的概率分布特征，如表２－３所示。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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1 彭暉;張建仁;郝海霞;鐘惠萍;張克波;;銹蝕光圓鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受力性能試驗(yàn)研究[J];公路交通科技;2015年01期

2 谷音;蔡隆文;高智能;卓衛(wèi)東;;基于增量動(dòng)力分析和纖維模型的矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)抗震性能研究[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào);2014年05期

3 李宏男;李超;;基于全壽命周期的橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)方法研究進(jìn)展[J];中國(guó)公路學(xué)報(bào);2014年10期

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本文編號(hào)：2791428