【摘 要】
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桥梁是现代社会交通的生命线,在地震灾害中发挥着极为重要的作用。但是,有些处于恶劣环境中的桥梁,受到环境、施工及人为等因素的综合影响,桥墩存在严重的钢筋锈蚀问题,有必要研究水平荷载作用角度、钢筋锈蚀程度和锈蚀位置、轴压比等因素对锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能的影响,并对其易损性进行分析。为研究水平荷载作用角度、钢筋锈蚀程度和锈蚀位置、轴压比等因素对锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能的影响,本文制作了9个锈蚀钢筋
【基金项目】
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国家重点研发计划(2017YFE0103000); 天津市交通运输科技发展项目(2018-35); 河北省交通运输厅科技项目(TH-201916);
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桥梁是现代社会交通的生命线,在地震灾害中发挥着极为重要的作用。但是,有些处于恶劣环境中的桥梁,受到环境、施工及人为等因素的综合影响,桥墩存在严重的钢筋锈蚀问题,有必要研究水平荷载作用角度、钢筋锈蚀程度和锈蚀位置、轴压比等因素对锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能的影响,并对其易损性进行分析。为研究水平荷载作用角度、钢筋锈蚀程度和锈蚀位置、轴压比等因素对锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能的影响,本文制作了9个锈蚀钢筋混凝土桥墩构件并对其进行拟静力试验,分析了钢筋锈蚀对钢筋混凝土矩形桥墩抗震性能影响,并利用Opensees有限元软件建立纤维模型,对钢筋混凝土矩形桥墩的地震易损性进行了评估,主要研究内容如下:(1)总结国内外学者的研究成果,探究了钢筋混凝土结构的锈蚀原理,主要在于两方面:一是混凝土的内部结构不稳定,容易发生碳化效应进而破坏钢筋表面钝化膜,引起钢筋锈蚀;二是氯离子具有极强的氧化性,能够破坏钢筋表面钝化膜,增大孔隙中溶液的导电性,加速电子流动,加快钢筋锈蚀的发生。(2)制作了9个锈蚀钢筋混凝土桥墩进行拟静力试验,试验结果表明:当锈蚀位置和锈蚀率一定时,锈蚀钢筋混凝土桥墩随加载角度由强轴趋向弱轴,裂缝开展速率增加,墩顶最大侧向力降低,更容易达到极限状态;当锈蚀位置和加载角度一定时,锈蚀程度越大,钢筋混凝土桥墩越容易达到破坏状态,墩顶最大侧向力显著降低,极限位移减小,滞回环面积越小,捏缩现象严重,耗能能力降低,延性变差,刚度退化严重;当锈蚀程度和加载角度一定时,锈蚀位置越靠近墩底,钢筋混凝土桥墩屈服强度、墩顶最大侧向力、延性系数和等效粘滞阻尼系数下降越明显,但降低幅度随锈蚀位置上移变缓,表明钢筋锈蚀影响减弱。当锈蚀程度、锈蚀位置和荷载作用角度均相同时,轴压比越大,最大墩顶侧向力越大,但墩顶侧向力退化较快,滞回环面积越小,耗能能力越弱,延性越差。(3)利用Opensees有限元软件建立模型进行数值分析,根据数值模拟结果与试验结果对比可知:数值模拟结果与试验数据拟合较好,屈服位移、极限位移、屈服荷载、极限荷载等特征点对比最大误差不超过10%,基本维持在5%以内,滞回曲线与试验结果比较吻合。(4)根据试验研究成果和有限元模型,建立桥梁有限元动力模型,对锈蚀钢筋混凝土桥墩进行地震易损性分析。得出结论:随着地震动入射角度由强轴趋向弱轴,不同破坏状态下的失效概率均会增大;钢筋锈蚀程度越大,钢筋混凝土桥墩出现不同破坏状态的失效概率也越大;钢筋锈蚀位置向上移动后,发生不同破坏状态的失效概率减小。轴压比较低时,锈蚀钢筋混凝土桥墩更容易发生轻微破坏,轴压比越大,发生中等破坏、严重破坏和倒塌破坏的概率越高。
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