學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程
授予學(xué)位：博士
學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院
學(xué)位年度： 2008年
預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁分段施工技術(shù)是當(dāng)今世界橋梁工程的主要發(fā)展趨勢之一。隨著強(qiáng)調(diào)施工工期短、加強(qiáng)耐久性、對現(xiàn)有交通影響盡量小、不影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境等方面要求的提高，預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)倍受青睞，得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是對于采用節(jié)段拼裝施工技術(shù)的橋墩，其抗震性能如何，目前仍然缺乏系統(tǒng)的研究。這已成為困擾橋梁設(shè)計(jì)工程師和業(yè)主的技術(shù)難題，從而限制了該技術(shù)在我國橋梁建設(shè)中的運(yùn)用。鑒于上述原因，本文結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究的現(xiàn)狀，通過擬靜力試驗(yàn)和振動臺試驗(yàn)研究方法，對三種不同類型節(jié)段拼裝橋墩進(jìn)行了抗震性能研究，試圖揭示節(jié)段拼裝橋墩的地震破壞機(jī)理和抗震分析方法。綜合起來，本文主要進(jìn)行了以下幾部分的工作：
(1)在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對橋墩采用節(jié)段拼裝施工方法的橋梁的應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景、節(jié)段拼裝橋墩的類型及其力學(xué)特征、節(jié)段拼裝橋墩的試驗(yàn)研究和理論研究等現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)的回顧與總結(jié)。
(2)為初步探討節(jié)段拼裝橋墩的抗震性能，設(shè)計(jì)了一個(gè)包含五種不同類型混凝土橋墩的試驗(yàn)方案，其中節(jié)段拼裝橋墩有三種，其余兩種分別為普通鋼筋混凝土橋墩和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土橋墩。對該方案采用擬靜力和振動臺試驗(yàn)兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)研究。這樣該方案包括兩組共十個(gè)試件，其中第一組五個(gè)試件為擬靜力試件、第二組五個(gè)試件為振動臺試件。每組試件試驗(yàn)參數(shù)相同，為：是否存在預(yù)應(yīng)力鋼筋、不同施工方法、預(yù)應(yīng)力筋的布置位置和存在方式、附加耗能裝置。
(3)采用擬靜力試驗(yàn)方法比較分析了本文中五種不同構(gòu)造類型混凝土橋墩的破壞形態(tài)、易損部位、荷載位移滯回曲線、節(jié)段拼裝橋墩的接縫開展、擬靜力殘余位移、曲率分布、耗能能力、粘滯阻尼比等，得到了節(jié)段拼裝橋墩、鋼筋混凝土橋墩和預(yù)應(yīng)力混凝土橋墩之間擬靜力行為的異同。
(4)采用振動臺試驗(yàn)方法比較分析了本文中五種不同構(gòu)造類型混凝土橋墩的動力特性，損傷破壞過程，接縫的擴(kuò)展規(guī)律，相同加速度激勵(lì)下的最大位移響應(yīng)等。同時(shí)分析了擬靜力試驗(yàn)結(jié)果與振動臺試驗(yàn)結(jié)果的異同，總結(jié)了不同類型橋墩的地震響應(yīng)特點(diǎn)和規(guī)律。
(5)針對節(jié)段拼裝橋墩的構(gòu)造特點(diǎn)，采用纖維模型分析方法和塑性鉸分析方法對各個(gè)試件分別進(jìn)行了循環(huán)荷載分析和非線性時(shí)程分析。在采用纖維模型分析方法時(shí)，對節(jié)段拼裝橋墩涉及到的接縫，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，耗能鋼筋等特殊問題進(jìn)行了仔細(xì)的分析比較，在此基礎(chǔ)上給出了適宜的模擬方法，然后分別對擬靜力試件和振動臺試件進(jìn)行了非線性有限元分析，比較了纖維模型分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的異同。針對纖維模型分析方法模擬復(fù)雜、工作量大的特點(diǎn)，采用了簡化的集中塑性鉸方法進(jìn)行分析。首先編制了五種不同類型橋墩的截面彎距曲率分析程序，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定各種橋墩的加卸載規(guī)律，最后采用等效單自由度方法進(jìn)行了各種橋墩模型試件在各個(gè)試驗(yàn)工況下的擬靜力荷載位移滯回曲線、非線性時(shí)程激勵(lì)下的墩頂最大位移等地震反應(yīng)規(guī)律的比較。與試驗(yàn)結(jié)果的比較表明：纖維模型分析方法和集中塑性鉸分析方法是分析節(jié)段拼裝橋墩抗震性能的有效近似分析方法。
(6)根據(jù)上述研究成果，對城市高架中常用的單柱墩連續(xù)梁橋提出了上部結(jié)構(gòu)和橋墩的節(jié)段拼裝施工方案，并采用集中塑性鉸方法對該節(jié)段拼裝連續(xù)梁橋的抗震性能進(jìn)行了分析，比較了節(jié)段拼裝連續(xù)梁橋與鋼筋混凝土連續(xù)梁橋抗震性能的異同。普通鋼筋混凝土橋墩的抗震分析方法可以推廣應(yīng)用到節(jié)段拼裝橋墩中。