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铁路重力式桥墩外包混凝土抗震加固试验研究

作 者: 范增昱
导 师: 陈兴冲
学 校: 兰州交通大学
专 业: 桥梁与隧道工程
关键词: 桥墩 拟静力试验 加固 opensees pushover
分类号: U442.55
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 75次
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内容摘要


在整个交通系统中,桥梁是关键部位,认识了解桥梁的抗震机理是必要的,而桥墩的抗震性能对整座桥的抗震性能起着关键作用,因此,提高下部结构的抗震的能力是桥梁结构抗震研究的重中之重。目前,我国绝大部分的桥墩是钢筋混凝土桥墩,采用的均是延性设计,但是,我国的铁路桥梁仍然大量采用配筋率非常低的重力式桥墩,这种桥墩的破坏形式是脆性破坏,因此,在地震过程中,这种桥墩若遭到破坏,造成的后果将是致命性的。如何提高铁路桥梁重力式桥墩的抗震性能已成为桥梁抗震研究的重要课题。桥墩加固是提高桥梁抗震性能非常重要的一种手段,在桥墩的加固技术中,外包混凝土加固应用最为广泛。本文针对纵筋率为0.1%的模型桥墩,通过室内低周往复荷载试验,研究外包混凝土加固桥墩的抗震性能,并通过进行模型桥墩的opensees有限元数值分析进行了对比。论文的主要工作如下:(1)在进行各个模型桥墩的低周往复荷载试验前,进行每个模型桥墩关键部位的开裂弯矩、开裂荷载、屈服荷载、极限荷载以及水平极限承载力等重要数据的理论计算,为后面的试验做好准备工作。(2)进行了文献调研,总结了国内外通过室内模型的低周往复荷载试验进行桥墩抗震研究的概况;(3)对外包混凝土加固法、外包CFRP加固法、粘贴钢板加固法三种桥墩加固技术进行比较,总结三种加固方法的特点以及目前仍然存在的问题;(4)设计两个相似比为1:8、纵筋率为0.1%的模型桥墩,分别进行了高度为0.9m和1.6m的外包混凝土加固,通过低周往复荷载试验,从滞回性能、水平极限承载力等方面研究其加固效果;(5)通过模型桥墩opensees有限元模型的数值计算,在滞回性能与水平极限承载力方面与试验结果进行了比较,从数值上验证了外包混凝土法加固模型桥墩的有效性;(6)进行能力谱法对铁路桥单墩在8度设防Ⅲ类场地、峰值加速度为0.3g、设计地震条件下顺桥向的抗震验算。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-17
  1.1 桥梁抗震加固必要性  10
  1.2 国内及国外的研究现状  10-14
    1.2.1 国内的研究现状  10-13
    1.2.2 国外的研究概况  13-14
  1.3 桥梁抗震加固的方法  14-15
    1.3.1 外包钢混加固法  14-15
    1.3.2 粘贴高性能CFRP加固法  15
    1.3.3 外包钢板加固法  15
  1.4 本论文的研究内容  15-17
2 模型试验方法及结果  17-37
  2.1 概述  17
  2.2 模型桥墩的设计  17-23
    2.2.1 相似理论概述  17-18
    2.2.2 原型概况  18
    2.2.3 相似比  18
    2.2.4 墩顶竖向力  18-19
    2.2.5 模型设计尺寸  19-23
  2.3 材料特性  23-24
    2.3.1 混凝土  23
    2.3.2 钢筋  23-24
  2.4 模型试件的制作  24-28
    2.4.1 未加固模型桥墩的制作  24-25
    2.4.2 加固试件的制作工艺  25-28
  2.5 测试的方案及设备  28-29
  2.6 加载制度  29-30
    2.6.1 模型顶部竖向轴力加载  29
    2.6.2 模型顶部水平力加载  29-30
  2.7 试验破坏现象  30-32
    2.7.1 未加固模型破坏现象  30-31
    2.7.2 加固后模型破坏现象  31-32
  2.8 模型试验结果  32-35
    2.8.1 未加固模型  32-33
    2.8.2 加固90cm的桥墩  33-34
    2.8.3 加固160cm的模型试件  34-35
  2.9 本章小结  35-37
3 基于OpenSees的模型桥墩水平力-位移数值模拟  37-60
  3.1 引言  37
  3.2 opensees程序介绍  37-38
    3.2.1 opensees程序概述  37
    3.2.2 opensees主要特点  37-38
    3.2.3 opensees基本组成与功能  38
    3.2.4 opensees建模分析  38
  3.3 纤维模型的特点  38-41
    3.3.1 基本假定  38
    3.3.2 模型的构成  38-39
    3.3.3 纤维模型柔度法  39-41
  3.4 模型桥墩水平力-位移数值分析模型  41-48
    3.4.1 混凝土模型  41-44
    3.4.2 钢筋模型  44-46
    3.4.3 纤维截面模型  46
    3.4.4 钢筋混凝土模型  46-48
  3.5 模拟结果和试验结果比较分析  48-59
    3.5.1 未加固桥墩  48-51
    3.5.2 加固0.9m模型桥墩  51-54
    3.5.3 加固1.6m模型桥墩  54-57
    3.5.4 加固效果分析  57-59
  3.6 小结  59-60
4 基于pushover分析的桥墩抗震能力评估  60-69
  4.1 引言  60
  4.2 能力谱方法  60-63
    4.2.1 能力谱方法概述  60-61
    4.2.2 基本假定  61
    4.2.3 分析步骤  61-63
  4.3 基于能力谱法的桥墩抗震能力评估  63-68
    4.3.1 建模  63-64
    4.3.2 分析过程  64-68
  4.4 本章小结  68-69
全文总结与展望  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
附录A 理论计算  75-82
攻读学位期间的研究成果  82

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 勘测、设计与计算 > 桥涵设计 > 震害分析与抗震设计
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