损伤与残余变形可控型装配式桥墩抗震性能研究

本项目拟研究新型后张无粘结预应力预制装配式桥墩（UPPSBP）抗震性能。在预制节段穿连预应力筋实施张拉预压，构成整体受力桥墩。由于预应力具有使结构复位的功能，所以地震作用下UPPSBP残余变形较低。桥墩和基础交界面处耗能钢筋在一定长度上隔绝与混凝土的接触，以降低粘结作用，可以有效控制地震作用下钢筋和混凝土的局部损伤。所以UPPSBP具有地震作用下残余变形小，局部损伤可控的优点。拟通过试验了解其受力性能、延性特征和耗能能力，探讨在一定预应力配筋情况下不同的耗能钢筋用量对于UPPSBP残余变形和耗能能力的影响，不同的钢筋与混凝土无粘结长度对抗震性能的影响。提出截面弯矩－转角全过程关系曲线的简化计算方法，给出基于多种性能参数（延性、耗能、残余变形等）的抗震设计建议，并提出基于"中震可修"的性能指标及其限值。课题研究将有助于新结构以及新的抗震设计方法的发展。

本项目对预制装配式桥墩（UPPSBP）桥墩抗震性能进行了系统研究，对UPPSBP桥墩抗震性能进行了重点研究，提出了承载力、变形能力、耗能能力和抗震性能指标的计算方法。主要包括：1）提出了RC圆形桥墩受弯承载力简化计算方法，对考虑混凝土约束影响的截面受弯承载力极限值进行了研究，并提出了计算方法；2）对RC圆形桥墩在地震作用下变形能力进行了研究，系统分析了混凝土约束性能对变形能力的影响规律，提出了面向设计的简化计算方法，结合桥墩破坏时的受弯承载力计算方法，这可用于评估圆形桥墩在地震作用下倒塌性能，对约束混凝土抗震性能影响的相关研究也为研究UPPSBP桥墩的抗震性能打下基础；3）研究钢筋与混凝土粘结性能，提出了考虑反复荷载影响的粘结-滑移模型，在此基础上应用接触力学相关理论推导出钢筋滑出长度与钢筋应变的关系模型，这一模型对预制装配式结构抗震性能研究非常重要； 4）根据截面受力平衡和变形协调原理提出了UPPSBP桥墩截面弯矩-顶点侧向变形全过程曲线模型，模型基于约束混凝土应力-应变关系，考虑了耗能钢筋和预应力钢筋不同用量，以及耗能钢筋无粘结长度的影响。通过现有试验研究结果对理论分析模型进行了验证，表明其具有较高的精度；5）通过建立的全过程曲线模型，进行参数分析，研究UPPSBP桥墩抗震性能，结果表明耗能钢筋和混凝土在墩底局部无粘结可以降低钢筋的应变，这有利于控制局部损伤，另外局部无粘结对桥墩受弯承载力并无显著影响，在此基础上提出了约束混凝土应变和预应力筋应变可以作为“中震可修”性能指标，以控制侧向变形限值；6）对框架式预制装配式体系抗震性能进行了试验研究，实验研究结果表明，预制装配式体系和现浇式体系抗震性能基本接近，在装配界面无显著破坏，该体系具有较好的抗震性能。