發(fā)布時間：2017-04-13 08:13

  本文關(guān)鍵詞：節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩抗震性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)入到一個新的階段,橋梁工程作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,橋梁工程建設(shè)也將迎來一個重要的發(fā)展機(jī)遇期�，F(xiàn)有鋼筋混凝土橋梁設(shè)計、建造、管養(yǎng)都是基于現(xiàn)澆混凝土技術(shù)開展的,現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋梁勢必會對建設(shè)場地周邊自然環(huán)境及城市既有交通造成不利的經(jīng)濟(jì)、社會影響。因此,有必要對目前現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋梁建設(shè)進(jìn)行創(chuàng)新,提出更高效、快捷、安全、耐久的橋梁結(jié)構(gòu)建造技術(shù)。國內(nèi)外提出基于全預(yù)制裝配理念的快速橋梁建造技術(shù),有望成為革命性的下一代橋梁工程發(fā)展方向。后張預(yù)應(yīng)力預(yù)制拼裝鋼筋混凝土下部結(jié)構(gòu)是基于自復(fù)位及可快速恢復(fù)功能設(shè)計理念的快速建造技術(shù),但目前仍處在基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)研發(fā)階段,工程實(shí)踐較少,更沒有相應(yīng)設(shè)計規(guī)范參考。目前,針對后張預(yù)應(yīng)力自復(fù)位預(yù)制拼裝混凝土橋墩的關(guān)鍵構(gòu)造及面向強(qiáng)震區(qū)的預(yù)制拼裝橋墩抗震性能的基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)仍不成熟,有待深入探索其合理的關(guān)鍵構(gòu)造及評估其抗震能力,建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及抗震設(shè)計方法。鑒于上述情況,為解決節(jié)段預(yù)制拼裝橋墩節(jié)段接縫處易發(fā)生損傷破壞的問題,本文將鋼管混凝土引入預(yù)制拼裝橋墩中,提出兩種預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩構(gòu)造,包括后張預(yù)應(yīng)力節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土和高強(qiáng)螺栓連接鋼管混凝土橋墩�？紤]后張預(yù)應(yīng)力布置、節(jié)段間附設(shè)耗能鋼管等關(guān)鍵構(gòu)造,研發(fā)后張預(yù)應(yīng)力節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩關(guān)鍵技術(shù)和抗震能力提升技術(shù)。采用理論分析、試驗(yàn)驗(yàn)證、數(shù)值仿真等手段方法開展節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩的抗震性能研究,揭示其非線性力學(xué)行為和結(jié)構(gòu)損傷失效機(jī)理。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：(1)開展國內(nèi)外預(yù)制裝配橋梁下部結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的調(diào)研工作,概括總結(jié)基于預(yù)應(yīng)力技術(shù)的預(yù)制裝配橋墩的計算理論、試驗(yàn)測試和數(shù)值仿真分析研究現(xiàn)狀,提出目前基于預(yù)應(yīng)力技術(shù)的預(yù)制拼裝橋墩關(guān)鍵技術(shù)及研究有待深入開展的問題,提出本文研究的主要內(nèi)容和技術(shù)方案。(2)根據(jù)節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩構(gòu)造特點(diǎn),確定預(yù)制節(jié)段開口臨界力和預(yù)應(yīng)力筋二次張拉臨界力,研究各預(yù)制節(jié)段之間開口的關(guān)系,得到自復(fù)位預(yù)制拼裝橋墩多塑性鉸模型,并推導(dǎo)各預(yù)制節(jié)段頂部力-位移關(guān)系式和各節(jié)段接觸面彎矩-曲率關(guān)系式。(3)根據(jù)研究目標(biāo)和內(nèi)容,設(shè)計節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩模型試驗(yàn)方案,考慮預(yù)應(yīng)力筋位置、連接鋼管厚度等參數(shù)對橋墩抗震性能的影響。重點(diǎn)研究彎矩-曲率變化過程,對比同一試件各節(jié)段間彎矩-曲率曲線、節(jié)段間開口、節(jié)段間錯位的聯(lián)系和差異。加工制作基于預(yù)應(yīng)力技術(shù)和螺栓機(jī)械連接的節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩模型試件,確定試驗(yàn)加載和測試方案。(4)針對已設(shè)計的兩類節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩模型試件開展了擬靜力往復(fù)加載試驗(yàn)測試。細(xì)致觀察并詳細(xì)描述擬靜力往復(fù)試驗(yàn)過程中模型試件的節(jié)段間接縫開合、水平剪切變形、彎曲變形及鋼管混凝土節(jié)段水平錯動等宏觀力學(xué)行為。對試驗(yàn)測試結(jié)果進(jìn)行了處理和分析。評估節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土的滯回性能、恢復(fù)力特性、延性性能、抗側(cè)剛度、殘余位移、預(yù)應(yīng)力變化發(fā)展過程以及鋼管局部應(yīng)變等細(xì)部力學(xué)性能。揭示節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩的抗震性能及損傷失效機(jī)理。(4)基于ABAQUS實(shí)體有限元模型對兩類節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩開展數(shù)值仿真分析,并與擬靜力往復(fù)加載試驗(yàn)測試結(jié)果進(jìn)行對比分析。特別針對采用無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力和節(jié)段間設(shè)置耗能鋼管的的節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩進(jìn)行詳細(xì)的參數(shù)化分析和優(yōu)化,最終確定合適的參數(shù)取值以提升后張預(yù)應(yīng)力節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩的抗震能提,使其既具有良好的自復(fù)位能力良好又具有較強(qiáng)的耗能能力。本文研究主要針對兩類節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩的自復(fù)位性能和耗能能力提升提出關(guān)鍵技術(shù)方案,通過試驗(yàn)測試和數(shù)值仿真分析驗(yàn)證提出方案的有效性和可靠性。為完善預(yù)制裝配橋梁下部結(jié)構(gòu)的技術(shù)體系和工程實(shí)踐提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：節(jié)段預(yù)制拼裝橋墩 鋼管混凝土 自復(fù)位性能 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力 多塑性鉸模型 耗能能力
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U443.22
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-35
• 1.1 概述11-12
• 1.2 節(jié)段預(yù)制拼裝橋墩應(yīng)用現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外工程應(yīng)用現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)工程應(yīng)用現(xiàn)狀14-15
• 1.3 節(jié)段預(yù)制拼裝橋墩抗震性能研究進(jìn)展15-29
• 1.3.1 試驗(yàn)研究現(xiàn)狀15-22
• 1.3.2 理論及數(shù)值研究現(xiàn)狀22-29
• 1.4 鋼管混凝土用于節(jié)段拼裝橋墩的研究進(jìn)展29-32
• 1.5 研究意義與待解決的問題32-33
• 1.6 本文研究內(nèi)容及技術(shù)方案33-35
• 1.6.1 研究內(nèi)容33-34
• 1.6.2 研究技術(shù)方案34-35
• 第2章 節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩理論分析35-55
• 2.1 前言35
• 2.2 材料本構(gòu)模型35-38
• 2.2.1 鋼管混凝土應(yīng)力應(yīng)變模型35-38
• 2.2.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變模型38
• 2.3 節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩單塑性鉸模型38-47
• 2.3.1 水平地震力作用下橋墩受力分析38-41
• 2.3.2 理想水平力-位移關(guān)系41
• 2.3.3 截面彎矩—曲率關(guān)系41-44
• 2.3.4 水平力—位移關(guān)系44-47
• 2.4 節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩多塑性鉸模型47-54
• 2.4.1 多塑性鉸模型研究進(jìn)展47-48
• 2.4.2 多塑性鉸分析模型48-51
• 2.4.3 截面彎矩—曲率關(guān)系51-52
• 2.4.4 水平力—墩頂位移關(guān)系52-54
• 2.5 本章小結(jié)54-55
• 第3章 節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩擬靜力試驗(yàn)設(shè)計55-67
• 3.1 試件工況設(shè)計55-56
• 3.2 試件尺寸56-59
• 3.3 試件材料與性能59-61
• 3.3.1 混凝土59-60
• 3.3.2 鋼管60-61
• 3.3.3 預(yù)應(yīng)力筋61
• 3.3.4 螺栓61
• 3.3.5 其他材料61
• 3.4 試件澆筑61-63
• 3.5 測點(diǎn)布置與試驗(yàn)方法63-66
• 3.5.1 試驗(yàn)裝置63
• 3.5.2 測點(diǎn)布置63-66
• 3.6 試驗(yàn)加載方案與拼裝過程66
• 3.7 本章小結(jié)66-67
• 第4章 節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩擬靜力試驗(yàn)研究67-111
• 4.1 試驗(yàn)現(xiàn)象67-78
• 4.1.1 UBCPC試驗(yàn)現(xiàn)象67-69
• 4.1.2 UBAPC試驗(yàn)現(xiàn)象69-71
• 4.1.3 BCC試驗(yàn)現(xiàn)象71-73
• 4.1.4 UBCP-BCC試驗(yàn)現(xiàn)象73-75
• 4.1.5 現(xiàn)澆墩RC75-78
• 4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析78-108
• 4.2.1 滯回性能78-83
• 4.2.2 恢復(fù)力特性83-84
• 4.2.3 延性特征84-87
• 4.2.4 剛度特性87-90
• 4.2.5 耗能能力90-93
• 4.2.6 殘余位移93-94
• 4.2.7 曲率94-101
• 4.2.8 節(jié)段間張口101-103
• 4.2.9 預(yù)應(yīng)力變化103-105
• 4.2.10 節(jié)段間錯動情況105-106
• 4.2.11 鋼管應(yīng)力應(yīng)變分析106-108
• 4.3 本章小結(jié)108-111
• 第5章 節(jié)段預(yù)制拼裝鋼管混凝土橋墩數(shù)值仿真分析111-131
• 5.1 ABAQUS簡介111
• 5.2 ABAQUS數(shù)值仿真模型111-114
• 5.3 ABAQUS數(shù)值仿真模型計算結(jié)果對比114-125
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果云圖114-119
• 5.3.2 滯回性能與恢復(fù)力特性119-122
• 5.3.3 節(jié)段間張口122
• 5.3.4 預(yù)應(yīng)力變化122-123
• 5.3.5 鋼管應(yīng)力應(yīng)變分析123-125
• 5.4 UBCP-BCC模型參數(shù)優(yōu)化125-129
• 5.5 本章小結(jié)129-131
• 第6章 總結(jié)與展望131-135
• 6.1 總結(jié)131-132
• 6.2 研究的不足132
• 6.3 進(jìn)一步研究方向與展望132-135
• 參考文獻(xiàn)135-143
• 附錄143-165
• 附錄1 試件尺寸圖143-148
• 附錄2 試件拼裝流程148-155
• 1. 無粘結(jié)軸心預(yù)應(yīng)力橋墩UBCPC拼裝148-149
• 2. 無粘結(jié)四周預(yù)應(yīng)力橋墩UBAPC拼裝149-151
• 3. 螺栓連接墩BCC拼裝151-153
• 4. 無粘結(jié)軸心預(yù)應(yīng)力-螺栓連接橋墩UBCP-BCC拼裝153-155
• 附錄3 試件鋼管應(yīng)變圖155-165
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)生論文及參與的科研項(xiàng)目165-167
• 致謝167

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