钢丝网水泥砂浆修复RC桥墩抗震性能试验研究

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根据国内外震后桥梁震害报告,钢筋混凝土(RC)桥墩在地震过程中的破坏是导致桥梁倒塌和破坏的主要原因。震后修复RC桥墩可快速恢复桥梁的使用功能,恢复交通运输线正常运行,加快震后救灾速度,减少人员伤亡和经济损失。本文采用自密实混凝土(SCC)或超高性能混凝土(UHPC)和钢丝网水泥砂浆,开展不同震损等级的RC桥墩快速修复。针对修复前后的RC桥墩开展拟静力试验、有限元分析和恢复力模型研究。本文的主要工作和研究结论如下:(1)以实桥为背景,按照我国最新桥梁规范开展RC桥墩设计和抗震验算。基于所设计的RC桥墩,设计并制作3根缩尺比例为1:6的桥墩试件,开展拟静力试验。针对不同震损等级的RC桥墩分别采用SCC或UHPC替换震损混凝土并外包钢丝网水泥砂浆进行快速修复,并开展拟静力试验。对比修复前后RC桥墩的破坏情况和抗震性能。(2)轻微损伤的RC桥墩采用SCC和钢丝网水泥砂浆修复后,承载能力和初始刚度得到恢复,位移延性和耗能能力分别提高8.2%和36.1%;严重损伤的RC桥墩采用该方法修复后,承载能力和初始刚度恢复94.3%和79.7%,耗能能力提高12.4%,但位移延性仅恢复87.6%。严重损伤的RC桥墩采用UHPC和钢丝网水泥砂浆修复后,承载能力和初始刚度恢复98.6%和87.9%,位移延性和耗能能力分别提高10.6%和29.5%。采用钢丝网水泥砂浆修复RC桥墩,其塑性变形和损伤集中在塑性铰区域内。(3)基于有限元软件OpenSees建立修复前后的RC桥墩数值模型。有限元计算结果与拟静力试验结果对比验证有限元模型的准确性。基于有限元模型开展大量参数分析,探明SCC或UHPC和钢丝网水泥砂浆修复震损RC桥墩的抗震性能。参数分析发现,轴压比、震损等级、钢丝直径和修复混凝土强度对震后修复桥墩的抗震性能影响显著,若采用UHPC修复震损混凝土能够有效恢复甚至提高震损桥墩的承载能力和耗能能力;钢丝网水泥砂浆的修复高度宜取等于或略大于桥墩的塑性铰长度,砂浆层的厚度不宜过大;钢丝网层数和网格间距对修复后桥墩抗震性能影响较小。(4)基于Opensees参数分析结果,采用Matlab建立适用于钢丝网水泥砂浆修复RC桥墩的三折线型恢复力骨架模型。该模型能够有效描述钢丝网水泥砂浆修复RC桥墩的强度、刚度和延性。选择能够全面考虑桥墩强度、刚度退化和捏拢效应且有效反映地震中桥墩非线性反应的BWBM模型为恢复力滞回模型。在Matlab中采用遗传算法计算识别BWBN模型方程的控制参数。与桥墩拟静力试验滞回曲线对比,验证了BWBN模型的有效性。
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