采用UHPC套箍约束的桥墩增强机理及抗震设计研究

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历次桥梁震害表明,钢筋混凝土桥墩是地震中的易损伤构件,对于高烈度区或者不能够满足抗震性能要求的既有桥墩,通过抗震加固提升其延性和承载力,是实现桥梁基于性能抗震设计和保障震后救援交通的关键。鉴于传统加固方法的局限性,近年兴起的超高性能混凝土(UHPC)具有优异的力学指标和耐久性,且与墩身混凝土同属水泥基材料,因而,基于UHPC的桥墩局部抗震加固,可以成为一种兼具抗震性能提升、可施工性、经济性和耐久性的实用有效方法。为此,本文围绕基于UHPC的桥墩局部加固构造,开展一系列的试验研究、理论分析和数值仿真计算,给出加固机理和抗震评估及设计方法。具体研究内容包括:
  (1)开展UHPC套箍约束混凝土短柱轴压性能试验研究。探明UHPC套箍约束混凝土短柱的加固效果和加固机理;采用弹性力学方法进行了UHPC套箍约束混凝土圆柱的弹性阶段分析;提出套箍约束短柱极限应力实用计算公式;分析不同加固参数对加固效果的影响,揭示了UHPC套箍约束混凝土短柱力学行为特点,为后面UHPC套箍加固桥墩的加固机理及抗震评估设计方法研究奠定基础。
  (2)进行UHPC套箍约束桥墩分析模型及设计参数分析。针对既有UHPC套箍加固桥墩拟静力试验研究,建立基于OpenSees的纤维单元分析模型,并通过试验数据验证有限元模型的准确性;通过试验现象和理论分析对UHPC套箍约束桥墩的增强机理进行探讨;利用有限元分析模型对加固参数进行敏感性分析,为UHPC套箍约束桥墩提出实用的加固建议。
  (3)提出UHPC套箍约束桥墩基于性能的抗震评估与设计方法。提出UHPC套箍约束桥墩的墩底截面弯矩曲率及墩身荷载位移曲线解析计算方法,并通过试验数据验证解析计算方法的准确性;利用能力谱法对UHPC套箍约束桥墩进行抗震评估;提出基于性能的UHPC套箍约束桥墩抗震加固设计方法,为实际加固工程提供参考。
  (4)进行基于UHPC套箍约束桥墩的桥梁易损性分析。针对某实际桥梁,采用理论易损性曲线分析方法对加固前后的桥梁进行易损性分析及震后通行能力分析,通过对比证明UHPC套箍加固桥墩的有效性和实用性。
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