配置高强钢筋约束高强混凝土桥墩地震损伤性能研究

随着我国高强混凝土和高强钢筋材料的快速发展，设计以HRB500级及HRB400级高强钢筋为纵筋、箍筋的约束高强混凝土桥墩（柱）将是今后必然选择。本项目拟从材料、构件两个层次，同时更多地选择试验手段，先期开展其抗震延性及损伤性能研究。基于材料试验给出高强钢筋大应变下低周疲劳损伤参数、高强钢筋和高强钢筋约束高强混凝土单调及反复荷载下本构模型；通过拟静力试验研究高强钢筋约束高强混凝土桥墩延性抗震性能及主要影响因素；利用外部装置详细量测塑性铰区变形、钢筋和混凝土应变等细部反应参量，定量揭示其地震损伤状况；基于实测研究桥墩简化集中塑性铰模型和精细纤维单元模型在计算不同地震损伤指标时的误差，给出基于性能抗震设计方法；最后采用拟动力试验比较高强钢筋约束高强混凝土桥墩和现有普通混凝土桥墩在不同地震水准下的损伤性能，并验证课题相关研究成果。课题对推动高强钢筋及高强混凝土桥墩（柱）的广泛应用将起到很好作用。

国家自然科学基金课题“配置高强钢筋约束高强混凝土桥墩地震损伤性能研究”，基于试验研究和理论分析手段，开展了高强箍筋约束高强混凝土墩柱结构的地震损伤性能和设计理论的研究。课题在高强箍筋约束高强混凝土墩柱的抗震设计理论、钢筋混凝土结构抗震非线性数值分析模型等方面取得了一系列的研究成果，对推动高强钢筋及高强混凝土材料在土木工程中的广泛应用、保证交通生命线工程的抗震安全起到了积极的作用。课题取得成果简要概括为：. 1. 对国内外完成的高强箍筋约束高强混凝土柱的抗震拟静力试验结果进行了广泛总结，找出研究的不足并为课题开展提供依据。在材料层次上完成了高强钢筋的低周疲劳性能试验和高强箍筋约束高强混凝土柱的轴压试验，对高强钢筋和高强混凝土的本构模型进行了对比分析并得出了相关结论。. 2. 完成了6根配置高强箍筋高强混凝土柱和3个普通强度混凝土柱抗震拟静力试验；16个剪切-粘结破坏试件的拟静力试验和6个弯剪破坏钢筋混凝土柱的抗震拟静力试验并进行了震后快速修复。以上研究为认识高强箍筋高强混凝土墩柱构件的抗震能力及发展相关数值分析模型提供了依据。. 3. 统计了国内外完成的高强箍筋高强钢筋混凝土柱拟静力试验数据。分析了影响高强箍筋高强混凝土柱延性抗震能力的主要因素并通过回归分析建议了高强箍筋高强混凝土柱塑性铰区约束箍筋用量计算公式。整理了37根高强钢筋高强混凝土桥墩试验数据，与Priestley、Paulay、Telemachos及我国《公路桥梁抗震设计细则》建议的塑性铰区长度计算公式进行了对比分析，并分析了影响高强钢筋高强混凝土桥墩等效塑性铰区长度的主要因素。. 4. 分别基于纤维单元模型和集中塑性铰模型，通过数值分析和试验数据对比研究了利用各模型对桥墩地震损伤指标进行估计的准确程度及主要影响因素。发现两种模型计算桥墩滞回曲线和残余位移与试验均较为接近，但对钢筋和混凝土应变的计算精度仍有待提高。. 5. 在课题资助下，共发表论文22篇，包括18篇期刊论文和4篇国际会议论文，SCI检索1篇，EI检索13篇。培养毕业博士研究生1名，硕士研究生6名。