學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程
授予學(xué)位：博士
學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院
學(xué)位年度： 2008年
預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁分段施工技術(shù)是當(dāng)今世界橋梁工程的主要發(fā)展趨勢之一。隨著強(qiáng)調(diào)施工工期短、加強(qiáng)耐久性、對現(xiàn)有交通影響盡量小、不影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境等方面要求的提高，預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)倍受青睞，得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是對于采用節(jié)段拼裝施工技術(shù)的橋墩，其抗震性能如何，目前仍然缺乏系統(tǒng)的研究。這已成為困擾橋梁設(shè)計工程師和業(yè)主的技術(shù)難題，從而限制了該技術(shù)在我國橋梁建設(shè)中的運用。鑒于上述原因，本文結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究的現(xiàn)狀，通過擬靜力試驗和振動臺試驗研究方法，對三種不同類型節(jié)段拼裝橋墩進(jìn)行了抗震性能研究，試圖揭示節(jié)段拼裝橋墩的地震破壞機(jī)理和抗震分析方法。綜合起來，本文主要進(jìn)行了以下幾部分的工作：
(1)在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對橋墩采用節(jié)段拼裝施工方法的橋梁的應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景、節(jié)段拼裝橋墩的類型及其力學(xué)特征、節(jié)段拼裝橋墩的試驗研究和理論研究等現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)的回顧與總結(jié)。
(2)為初步探討節(jié)段拼裝橋墩的抗震性能，設(shè)計了一個包含五種不同類型混凝土橋墩的試驗方案，其中節(jié)段拼裝橋墩有三種，其余兩種分別為普通鋼筋混凝土橋墩和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土橋墩。對該方案采用擬靜力和振動臺試驗兩種試驗方法進(jìn)行試驗研究。這樣該方案包括兩組共十個試件，其中第一組五個試件為擬靜力試件、第二組五個試件為振動臺試件。每組試件試驗參數(shù)相同，為：是否存在預(yù)應(yīng)力鋼筋、不同施工方法、預(yù)應(yīng)力筋的布置位置和存在方式、附加耗能裝置。
(3)采用擬靜力試驗方法比較分析了本文中五種不同構(gòu)造類型混凝土橋墩的破壞形態(tài)、易損部位、荷載位移滯回曲線、節(jié)段拼裝橋墩的接縫開展、擬靜力殘余位移、曲率分布、耗能能力、粘滯阻尼比等，得到了節(jié)段拼裝橋墩、鋼筋混凝土橋墩和預(yù)應(yīng)力混凝土橋墩之間擬靜力行為的異同。
(4)采用振動臺試驗方法比較分析了本文中五種不同構(gòu)造類型混凝土橋墩的動力特性，損傷破壞過程，接縫的擴(kuò)展規(guī)律，相同加速度激勵下的最大位移響應(yīng)等。同時分析了擬靜力試驗結(jié)果與振動臺試驗結(jié)果的異同，總結(jié)了不同類型橋墩的地震響應(yīng)特點和規(guī)律。
(5)針對節(jié)段拼裝橋墩的構(gòu)造特點，采用纖維模型分析方法和塑性鉸分析方法對各個試件分別進(jìn)行了循環(huán)荷載分析和非線性時程分析。在采用纖維模型分析方法時，對節(jié)段拼裝橋墩涉及到的接縫，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，耗能鋼筋等特殊問題進(jìn)行了仔細(xì)的分析比較，在此基礎(chǔ)上給出了適宜的模擬方法，然后分別對擬靜力試件和振動臺試件進(jìn)行了非線性有限元分析，比較了纖維模型分析結(jié)果與試驗結(jié)果的異同。針對纖維模型分析方法模擬復(fù)雜、工作量大的特點，采用了簡化的集中塑性鉸方法進(jìn)行分析。首先編制了五種不同類型橋墩的截面彎距曲率分析程序，然后根據(jù)試驗結(jié)果確定各種橋墩的加卸載規(guī)律，最后采用等效單自由度方法進(jìn)行了各種橋墩模型試件在各個試驗工況下的擬靜力荷載位移滯回曲線、非線性時程激勵下的墩頂最大位移等地震反應(yīng)規(guī)律的比較。與試驗結(jié)果的比較表明：纖維模型分析方法和集中塑性鉸分析方法是分析節(jié)段拼裝橋墩抗震性能的有效近似分析方法。
(6)根據(jù)上述研究成果，對城市高架中常用的單柱墩連續(xù)梁橋提出了上部結(jié)構(gòu)和橋墩的節(jié)段拼裝施工方案，并采用集中塑性鉸方法對該節(jié)段拼裝連續(xù)梁橋的抗震性能進(jìn)行了分析，比較了節(jié)段拼裝連續(xù)梁橋與鋼筋混凝土連續(xù)梁橋抗震性能的異同。普通鋼筋混凝土橋墩的抗震分析方法可以推廣應(yīng)用到節(jié)段拼裝橋墩中。
