通过观察我国现有桥梁在历年来的地震中的破坏特点,可以发现:在现有的钢筋混凝土结构的桥梁大多表现出上部梁体刚度大而下部桥墩较柔的特性,因桥墩破坏而导致桥梁发生严重破坏甚至整体倒塌,已经成为了此类桥梁地震破坏的主要特点。桥墩的破坏将会导致上部支承结构的垮塌,除造成巨大的经济损失之外,还会严重阻碍交通,影响灾后救援和重建工作的开展。现有的悬臂式桥墩塑性铰区域一般只发生在墩底,桥墩塑性铰区域的变形能力对其抗震性能有着重大影响。桥梁是整个交通体系中的关键节点,桥梁地震破坏产生的后果也是巨大的,提高桥梁的抗震性能显得尤为重要。本文主要以混凝土桥墩作为研究对象,提出了一种具有性能梯度的新型混凝土桥墩,以提高桥墩延性性能,具体进行了以下几个方面的工作研究:(1)本文对国内外桥墩震害破坏表现形式、纤维增强复合材料在实际工程中的应用以及塑性铰的现状进行分析,同时对试验设想进行有限元模拟,并根据钢筋和GFRP筋材料力学性能特点,提出了采用GFRP筋和钢筋混合配筋来形成性能梯度的方案。(2)设计制作了3个加载高度为2700mm,截面尺寸为250mm×250mm的混凝土桥墩试件。对比试件A为常规配置钢筋的试件,B、C试件采用GFRP筋与钢筋混合配筋的方式,通过改变GFRP筋的配筋高度在桥墩中形成三个梯度的抗震性能,主要研究性能梯度形成的过程、机理和对桥墩抗震能力的影响。(3)试验采用pushover单调加载的试验研究方案,双通道作动器加载,采集了加载点的剪力—位移数据曲线。布置了大量应变测点、位移测点、NDI测点位置,采集了应变、位移、曲率等数据,对试验裂缝宽度及现象进行了详细的记录,分析得到应变—荷载曲线,位移曲率和裂缝宽度沿墩高分布变化规律曲线等。(4)在试验数据的基础上通过理论分析分别对塑性铰位移和转角的延性进行计算,讨论了不同GFRP配筋高度对塑性铰的承载能力和变形能力影响,并基于混凝土桥墩塑性铰的形成规律,分析在GFRP筋不同高度下塑性铰形成位置的变化。(5)利用有限元分析软件——ABAQUS对混凝土桥墩进行了有限元模拟,得到了混凝土桥墩的pushover曲线,与试验加载曲线对比吻合良好,再根据混凝土和筋材的应变分析,验证了试验得到的结论。