Categorized as rare-reinforced concrete structure, low-reinforced concrete gravity piers, with the reinforcement ratio of 0.2% to 0.5%, are extensively used in the high-speed railway in China. Currently, there is no systematic seismic design theory yet for rare-reinforced concrete piers, and the Code for seismic design of bridge engineering fails to provide any associated regulations. The seismic performance of high-speed railway gravity piers is mainly studied in this paper by combining the theory and experiment, and seismic design theory of rare-reinforced concrete piers is established. Specific studies are as follows:(1) Through the quasi-static test and the shaking table experiment, the failure mechanism of the reinforced concrete gravity pier is revealed, the skeleton curve and the characteristic parameters of the hysteresis curve of the model piers are extracted, the constitutive relation of the restrained concrete is discussed, and the skeleton curve and hysteresis criteria are determined. Combined with the theoretical analysis, the calculation method of the strength, ductility and plastic hinge length of the reinforced concrete gravity piers is proposed. Then, through a large number of numerical simulation analysis, the relationship between the reinforcement ratio and ductility of the pier is determined, and the evaluation index of partial ductility is proposed, and the calculation method is given. (2) Combined with the experimental and theoretical analysis, the seismic design method of the reinforced concrete gravity piers under the earthquake is proposed, and the seismic design method of the reinforced concrete gravity piers based on the performance or partial ductility under rare earthquakes is studied, which provides the theoretical basis for the accurate analysis and reasonable design of the small-scale concrete gravity piers of the high-speed railway in earthquake areas.
我国高速铁路通常采用低配筋混凝土重力式桥墩,其配筋率一般在0.2%~0.5%之间,属于少筋混凝土结构。目前,对于少筋混凝土桥墩,尚未建立起系统的抗震设计理论。铁路工程抗震设计规范中也没有任何规定。本课题通过理论与试验相结合的方法,研究高速铁路重力式桥墩的抗震性能,并建立少筋混凝土桥墩的抗震设计理论。具体研究如下:(1)通过拟静力试验和振动台试验,揭示少筋混凝土重力式桥墩的破坏机理,提取模型桥墩的骨架曲线和滞回曲线的特征参数,探讨少筋约束混凝土的本构关系,确定其骨架曲线和滞回准则;结合理论分析,提出少筋混凝土重力式桥墩的强度、延性及塑性铰区长度的计算方法。(2)结合试验与理论分析,提出多遇地震下少筋混凝土重力式桥墩的抗震设计方法及罕遇地震下基于性能的少筋混凝土重力式桥墩的抗震设计方法,为地震区高速铁路少筋混凝土重力式桥墩的精确分析、合理设计提供理论基础。
铁路重力式桥墩由于截面尺寸大、刚度大、配筋率低,其力学性能不同于钢筋混凝土桥墩。《铁路工程抗震设计规范》中仅给出了配筋率大于0.5%桥墩的抗震设计方法,对配筋率低于0.5%桥墩的抗震设计方法未作出明确规定。因此,本文在国内外已有研究的基础上,总结了铁路重力式桥墩抗震研究中存在的问题,采用试验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法,系统地研究了铁路重力式桥墩的地震反应特点,提出了铁路重力式桥墩的数值分析模型、抗震设计方法及改善桥墩抗震性能的方法。主要研究工作如下:(1)以铁路重力式桥墩为研究对象,采用拟静力试验研究了不同配筋率和轴压比下铁路重力式桥墩在循环荷载作用下的破坏特征及滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、位移延性等性能参数。结果表明配筋率低于0.5%的桥墩破坏特征明显区别于钢筋混凝土桥墩,且低配筋率的铁路重力式桥墩在墩底未形成明显的塑性铰区,现有的等效塑性铰长度计算公式不能用于铁路重力式桥墩。通过试验结果的统计分析,提出了铁路重力式桥墩的塑性区长度的计算公式。(2)以铁路重力式桥墩为研究对象,采用振动台试验研究了不同配筋率下铁路重力式桥墩在地震作用下的破坏特征,以及墩顶绝对加速度和墩顶相对位移等动力响应。结果表明配筋率越低的铁路重力式桥墩,在地震作用下摇摆现象越明显。(3)依据拟静力试验桥墩的破坏特征和振动台试验桥墩的摇摆现象,在自由摇摆桥墩分析模型的基础上,考虑纵向钢筋的约束作用,提出了四弹簧模型。并将四弹簧模型的分析结果与试验结果和纤维单元模型计算结果进行了对比,验证了四弹簧模型可用于铁路重力式桥墩的抗震计算。(4)基于容许应力法,提出了多遇地震下铁路重力式桥墩简化的偏心验算方法。考虑配筋率的影响,提出了铁路重力式桥墩容许合力偏心距计算公式。(5)提出了铁路重力式桥墩的延性验算方法,给出了罕遇地震下铁路重力式桥墩按有限延性设计的容许位移延性系数限值。
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数据更新时间:2023-05-31
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