低配筋率混凝土铁路桥墩抗震性能试验与分析

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随着我国铁路建设的不断发展,铁路桥梁设计理论不断完善。但由于历史原因,不足0.5%的低配筋率混凝土重力式桥墩在我国普遍存在。本文在国内外关于低配筋率桥墩抗震研究现状的基础上,选取实际工程低配筋率重力式桥墩,根据结构相似理论设计制作缩尺模型,采用振动台地震波激励和有限元模拟相结合的方法,对比分析低配筋率重力式桥墩的抗震性能。本文主要内容如下:(1)查找研究低配筋率重力式桥墩抗震性能的期刊和论文,回顾国内外关于重力式桥墩抗震及振动台试验的研究现状,总结归纳影响桥墩抗震性能的各种参数。(2)根据结构相似理论,设计并制作了纵筋配筋率分别为0.2%和0.5%的缩尺混凝土桥墩模型,通过振动台试验,模拟真实的地震下桥墩的损伤情况和破坏特征,采集并分析不同地震峰值加速度下的结构动力响应,评估桥墩抗震性能。结果表明,试件在7度罕遇地震作用下仍能保证较好的抗震性能;配筋率为0.2%的试件在破坏时在墩身底部出现贯通裂缝,延性较小,脆性破坏特征明显;配筋率为0.5%的试件在破坏时墩身裂缝分布范围较大,延性较好,塑性铰明显,呈延性破坏特征。(3)基于OpenSees建立两缩尺桥墩的有限元模型,计算其在不同地震动下墩顶加速度和相对位移时程曲线,对比分析振动台试验与有限元计算结果的差异。结果表明,振动台试验与数值模拟的时程曲线吻合度较高,验证了数值模拟的有效性。(4)通过OpenSees对不同配筋率的试件模型进行曲率和位移增量动力分析,对于低配筋率混凝土桥墩,配筋率的增大能显著提高试件的延性;不同地震动作用下,屈服前为弹性变形阶段,曲线相似度较高,离散程度较小,屈服后,不同地震动作用下的曲线开始分离,且配筋率越大的试件,分离现象越显著;0.2~0.3%配筋率的试件在结构破坏后失效较快,延性有限;0.3%~0.5%配筋率的试件破坏后仍具有较明显的延性;对比规范,0.2%~0.5%配筋率的混凝土桥墩在7度烈度下均能满足抗震设防要求。
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