【博士】鋼管混凝土橋墩的靜力與抗震性能研究【2007】

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　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：東南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2007年　　鋼管混凝土是鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的形式之一。由于具具有良好的抗壓、抗壓彎和抗震性能,在過(guò)去的幾十年中,國(guó)內(nèi)外均進(jìn)行了廣泛的研究,取得了豐碩的成果,并在建筑結(jié)構(gòu)以受壓為主的柱子和拱橋的拱肋中得到廣泛應(yīng)用。 　　然而,由于外鋼管和核心混凝土之間相互作用效應(yīng)的復(fù)雜性,在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究上尚有諸多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究,包括：鋼管約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系,這是研究其基本性能的關(guān)鍵：軸壓承載力公式繁多,不統(tǒng)一,計(jì)算結(jié)果甚至相差較大；對(duì)極限承載力研究較多,忽視了重要的正常使用情況下各性能指標(biāo)的研究；針對(duì)鋼管混凝士結(jié)構(gòu)用作橋墩的研究較少,國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有這方面的研究；靜力試驗(yàn)研究較多,抗震試驗(yàn)研究相對(duì)較少。 　　針對(duì)上述問(wèn)題,本文從鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的靜力性能和抗震性能兩大方面進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究：(1)靜力性能。從鋼管約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系研究出發(fā),對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的軸壓和壓彎這兩個(gè)基本受力性能進(jìn)行了研究,對(duì)其剛度、承載力、變形等的計(jì)算方法進(jìn)行了探索；(2)抗震性能。對(duì)鋼管混凝土橋墩的抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究,同時(shí)提出一種新型的橋墩結(jié)構(gòu)形式--部分鋼管混凝土橋墩,并對(duì)這種結(jié)構(gòu)形式的橋墩進(jìn)行了抗震性能試驗(yàn)研究?，F(xiàn)將主要研究?jī)?nèi)容摘要如下； 　　1.鋼管約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系模型針對(duì)鋼管和混凝土軸向同時(shí)受力以及僅核心混凝土軸向受力兩種情況,分別推導(dǎo)了鋼管與核心混凝土之間的徑向作用力p的計(jì)算表達(dá)式,進(jìn)而給出了兩種受荷方式下核心混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,并修正了鋼管的軸向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：編制了核心混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線和鋼管混凝土的軸力-應(yīng)變關(guān)系曲線分析程序,并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。　　2.鋼管混凝土墩柱的軸壓力學(xué)性能研究基于外鋼管和核心混凝土的應(yīng)變協(xié)調(diào),推導(dǎo)了核心混凝土以及外鋼管的修正彈性模量計(jì)算公式,并提出了彈性階段鋼管混凝土墩柱的組合抗壓剛度計(jì)算方法；在分析軸壓短柱工作機(jī)理的基礎(chǔ)上,從極限狀態(tài)下鋼管和核心混凝土受力特點(diǎn)出發(fā),提出了新的軸壓短柱承載力計(jì)算方法,進(jìn)而給出了軸壓長(zhǎng)柱的穩(wěn)定承載力計(jì)算公式,并與大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比；提出了鋼管混凝土軸壓短柱軸力.應(yīng)變關(guān)系的三折線簡(jiǎn)化模型。　　3.鋼管混凝土墩柱的壓彎力學(xué)性能研究采用纖維模型法對(duì)截面的彎矩-曲率關(guān)系以及構(gòu)件的荷載-位移關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算分析；基于軸壓承載力計(jì)算方法,考慮荷載偏心的影響,回歸分析得到偏心受壓墩柱的承載力計(jì)算公式：推導(dǎo)了新的圓鋼管混凝土墩柱抗彎承載力計(jì)算方法；提出了表征鋼管混凝士壓彎構(gòu)件彎矩-軸力相關(guān)關(guān)系的三折線簡(jiǎn)化模型,并通過(guò)了試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。　　4.鋼管混凝土橋墩的抗震性能試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)了2根鋼管混凝土橋墩試件,進(jìn)行了擬靜力抗震試驗(yàn),并進(jìn)行了1根鋼筋混凝土橋墩試件的對(duì)比試驗(yàn),以驗(yàn)證鋼管混凝土橋墩良好的抗震性能。研究?jī)?nèi)容包括：鋼管混凝土橋墩的破壞機(jī)制；鋼管混凝土橋墩的滯回耗能、延性、承載力、剛度退化以及強(qiáng)度退化等抗震性能,并與鋼筋混凝土橋墩作了對(duì)比；分析了軸壓比對(duì)鋼管混凝土橋墩抗震性能的影響?！　?.部分鋼管混凝土橋墩的抗震性能試驗(yàn)研究　　從改善傳統(tǒng)的鋼筋混凝土橋墩潛在塑性鉸區(qū)變形能力的思路出發(fā),提出了一種新型的橋墩結(jié)構(gòu)形式--部分鋼管混凝土橋墩,給出定義并分析了優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)了3根部分鋼管混凝土橋墩試件,進(jìn)行了擬靜力抗震試驗(yàn),并進(jìn)行了1根鋼筋混凝土橋墩試件的對(duì)比試驗(yàn),以驗(yàn)證部分鋼管混凝土橋墩良好的抗震性能。研究?jī)?nèi)容包括：部分鋼管混凝土橋墩的破壞機(jī)制,了解和驗(yàn)證這種新橋墩形式能否按照目標(biāo)實(shí)現(xiàn)破壞,達(dá)到預(yù)期目的；研究了部分鋼管混凝土橋墩的滯回耗能、延性、承載力、剛度退化以及強(qiáng)度退化等抗震性能,并與鋼筋混凝土橋墩進(jìn)行了對(duì)比；分析了軸壓比、鋼管和混凝土間粘結(jié)程度對(duì)其抗震性能的影響。　　論文最后對(duì)鋼管混凝土墩柱和部分鋼管混凝上墩柱的設(shè)計(jì)提出了一些建議,并對(duì)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造作了探討；同時(shí)指出,鋼管混凝土橋墩不是用來(lái)取代鋼筋混凝土橋墩,但是,在某些情況下,特別是抗震區(qū)和城市內(nèi)的橋梁設(shè)計(jì)中,鋼管混凝土橋墩理應(yīng)成為一種備擇的結(jié)構(gòu)形式?！　?

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