抗震设计的桥梁工程论文提纲

论文题目：铁路桥梁节段拼装圆端形空心墩抗震性能研究

摘要：随着国民经济发展和路网的延伸,桥梁预制构件和装配式体系的研究、开发和应用越来越受到关注。节段拼装桥墩及其施工技术具有保证施工质量、提高生产效率、降低人力成本、减小施工干扰、节能环保等优点,在公路和市政桥梁工程中得到了越来越多的应用。2019年,随着中国高铁首段装配式一体化桥梁主体工程在京雄城际铁路率先完成,开启了装配式桥墩在铁路工程中应用的序幕。随后,郑济高速铁路、中兰高速铁路、和若铁路及盐城大丰港支线铁路等皆有标段采用预制装配式桥墩施工技术,其中不乏有八度高烈度设防区,但目前存在着抗震性能不明确及设计方法不完善等问题,限制了其在高烈度地震区的应用,为确保该结构体系在高烈度设防区的抗震安全性,亟待针对该体系开展抗震设计理论与试验研究。本文以在建高速铁路项目为背景,选取实际工程中某一代表性预制节段拼装圆端形空心墩为研究对象,通过理论分析和数值计算研究,探讨了设计参数对抗震性能的影响,采用了粘弹性阻尼器对节段拼装桥墩进行抗震性能优化和改进的方案,研究给出了节段拼装空心墩基于位移的抗震设计方法。本文主要工作如下:（1）根据节段拼装桥墩基本组件的受力特点,分析了桥墩在水平力作用下耗能钢筋、预应力筋的应力状态,给出了节段拼装桥墩基于截面分析的抗弯承载力计算方法。归纳了桥墩连接接缝及墩身抗剪计算公式,为防止剪切破坏发生,本文采用包络计算的方式进行验算。本章的研究可为进一步的试验设计和抗震设计理论研究提供支持。（2）设计制作了2个桥墩试验试件,详细描述了耗能钢筋、剪力键、预应力筋等重要部件的施工过程,制定结构加载及测量系统,为进一步的试验研究奠定了基础。（3）基于Mander约束混凝土模型理论,推导建立了适用于圆端形空心墩的约束混凝土本构,给出了采用ABAQUS软件模拟混凝土损伤、无粘结预应力、接触面作用的方法,并进行了验证。建立了节段拼装圆端形空心墩和现浇钢筋混凝土圆端形空心墩实体单元模型,进行了拟静力数值分析,通过滞回特性对比分析了二者的差异。研究了恒载轴压比、初始预应力数值、预应力筋配筋率、预应力筋布置位置、耗能钢筋配筋率、墩身节段数量等主要设计参数对节段拼装圆端形空心墩抗震性能的影响规律。（4）节段拼装桥墩存在耗能能力差的缺陷,提高耗能钢筋配筋率有助于改善这一不足。但研究发现当耗能钢筋率提高至某一数值后,使墩身与承台连接刚度过高,开合能力减弱,摇摆截面转移,耗能能力反而降低。针对该问题,本文研究给出了耗能钢筋配筋率的合理取值。（5）针对本文节段拼装桥墩结构形式及变形特点,采用了桥墩外置粘弹性阻尼器的改进措施。建立了地震力作用下的力学模型,对不同耗能钢筋配筋率的外置阻尼器桥墩进行滞回耗能分析对比。同时,依据抗震规范选取和生成远场地震波、近断层地震波,分别计算了现浇钢筋混凝土圆端形空心墩、节段拼装圆端形空心墩、外置粘弹性阻尼器的节段拼装圆端形空心墩在罕遇地震下的时程响应,对比分析了桥墩墩顶位移、墩底剪力、预应力筋应力等参数;研究了桥墩采用粘弹性阻尼器改进措施的耗能减震效果。（6）本文基于位移的抗震设计思想,提出了节段拼装空心墩抗震设计方法,实现了性能化的抗震设计,所提方法涵盖了以粘弹性阻尼器为减震措施的相关设计步骤,并给出了具体算例,为实际工程设计提供了参考。

关键词：节段拼装;圆端形空心墩;抗震性能;拟静力;粘弹性阻尼器;基于位移设计;铁路桥梁

学科专业：土木工程

致谢

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 节段拼装桥墩的简介

1.3 节段拼装桥墩研究现状

1.4 空心墩抗震研究现状

1.5 节段拼装空心墩研究现状

1.5.1 节段拼装空心桥墩的理论研究

1.5.2 节段拼装空心桥墩的试验研究

1.6 本文研究目的及内容

1.6.1 研究目的

1.6.2 研究内容

第2章 节段拼装桥墩理论分析

2.1 引言

2.2 节段拼装桥墩的结构组成

2.3 节段拼装桥墩的破坏形式

2.4 节段拼装桥墩抗弯性能分析

2.4.1 截面分析

2.4.2 抗弯承载力计算

2.5 节段拼装桥墩抗剪性能分析

2.5.1 接缝抗剪承载力

2.5.2 墩身抗剪承载力

2.5.3 抗剪承载力计算

2.6 小结

第3章 拟静力试验模型设计

3.1 引言

3.2 试验目的和内容

3.3 试件设计

3.4 试验材料性能

3.4.1 混凝土材料性能

3.4.2 钢筋材料性能

3.5 试件制作与安装

3.5.1 空心墩模型试件制作

3.5.2 耗能钢筋设置

3.5.3 剪力键施工

3.5.4 预应力筋施工

3.6 试验加载系统与加载制度

3.6.1 加载系统

3.6.2 加载制度

3.7 测点布置和测量方法

3.7.1 位移测量系统

3.7.2 应变测量系统

3.7.3 力测量系统

3.8 小结

第4章 节段拼装桥墩拟静力研究

4.1 引言

4.2 材料本构模型

4.2.1 无约束混凝土

4.2.2 约束混凝土

4.2.3 钢筋

4.3 有限元模型建立

4.3.1 ABAQUS软件简介

4.3.2 混凝土模拟

4.3.3 无粘结预应力模拟

4.3.4 接触模拟

4.3.5 建模方法验证

4.3.6 有限元建模

4.4 模型滞回性能研究

4.4.1 力-位移滞回曲线

4.4.2 骨架曲线

4.4.3 延性性能

4.4.4 刚度特性

4.4.5 耗能能力

4.4.6 残余位移

4.5 参数分析

4.5.1 恒载轴压比

4.5.2 初始预应力

4.5.3 预应力筋配筋率

4.5.4 预应力筋布置位置

4.5.5 耗能钢筋配筋率

4.5.6 墩身节段数量

4.6 小结

第5章 外置粘弹性阻尼器节段拼装桥墩研究与设计

5.1 引言

5.2 粘弹性阻尼器的基本理论

5.2.1 粘弹性材料的耗能机理

5.2.2 粘弹性阻尼器的设置形式

5.2.3 粘弹性阻尼器的计算模型

5.2.4 外置粘弹性阻尼器节段拼装桥墩滞回分析

5.3 动力时程分析

5.3.1 Rayleigh阻尼模型

5.3.2 地震波的选取

5.3.3 动力时程分析结果

5.4 节段拼装桥墩基于位移的抗震设计方法

5.4.1 设计流程

5.4.2 算例一:调整配筋率进行设计

5.4.3 算例二:外置阻尼器进行设计

5.5 小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献