锈蚀RC圆形墩柱的本构关系与地震响应分析

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桥墩作为支撑桥梁系统上部结构的重要组成部分,在服役期内受到氯离子侵蚀后,使得钢筋混凝土材料性能退化、抵抗地震等突发灾害的能力下降。因此,本文以锈蚀钢筋混凝土圆形墩柱为研究对象展开了相关研究,具体研究工作及主要结论如下:(1)设计并浇筑了15根钢筋混凝土圆柱试件,对其中12个试件采用电化学加速钢筋锈蚀方法,完成了内部箍筋锈蚀。通过轴压试验得到锈蚀箍筋约束混凝土的本构曲线。结果表明:随着箍筋锈蚀率的增加,约束混凝土峰值应力下降,峰值应变向右偏移,曲线的下降部分从较长的水平延伸逐渐变陡,最后几乎没有水平延伸段。(2)分析了箍筋锈蚀后对核心混凝土约束作用的退化机理,以Mander本构模型为基础,通过对轴压试验数据回归分析,建立了峰值应变以及模型参数与箍筋锈蚀程度的关系表达式,提出了锈蚀箍筋约束核心混凝土的本构曲线模型。比较了锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变试验曲线和理论曲线、峰值应力和峰值应变,吻合较好。(3)采用数值模拟方法,材料模型采用本文提出的锈蚀钢筋混凝土本构模型,建立了锈蚀钢筋混凝土墩柱模型,模拟了锈蚀钢筋混凝土墩柱在轴向压力作用下的力学行为,结果表明:各锈蚀率下核心混凝土本构曲线的有限元模拟结果与试验结果基本吻合。在此模型的基础上考虑钢筋锈蚀后对和锚固区的混凝土之间粘结滑移的影响,对已有试验中发生弯曲破坏腐蚀桥墩的滞回曲线进行了模拟。结果表明:同时考虑了箍筋锈蚀后对核心混凝土的约束效应和锈蚀钢筋与混凝土间的粘结滑移的模型,能较好的模拟锈蚀桥墩的滞回曲线和骨架曲线。(4)采用正交试验设计方法,考虑箍筋锈蚀率、轴压比、配箍率和长细比四种因素,试设计了25个桥梁圆形墩柱样本,讨论了锈蚀墩柱在两水准地震作用下、四类不同的场地条件下的地震响应。在E1地震作用下,各锈蚀墩柱还处于弹性工作阶段,可继续正常使用。在E2地震作用下,长细比小于等于4,箍筋锈蚀程度小于10%时,墩柱发生轻微破坏,当箍筋锈蚀程度大于10%后,由轻微破坏向中等破坏甚至会发生严重破坏。(5)无论在E1还是E2地震作用下,总体上随着箍筋锈蚀率的增大,桥墩墩顶位移幅值增大;墩底剪力幅值和墩底弯矩幅值减小。通过正交试验极差和方差分析,各因素对墩顶位移响应的综合影响的主次顺序为:长细比、箍筋锈蚀程度、轴压比、配箍率;各因素对墩底剪力和墩底弯矩响应的综合影响的主次顺序为:长细比、轴压比、箍筋锈蚀程度、配箍率。
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