基于菱形布置BRB自复位排架墩的地震损伤控制

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由于我国频繁遭受地震,因此国家对抗震设计越来越重视。随着我国桥梁行业的日益发展,自复位桥墩成为该行业的研究热点,由于桥面不断被拓宽,自复位排架墩成了业内人士关注的重点。基于传统延性抗震设计的桥墩震后残余变形大的缺陷,本文利用防屈曲支撑(Buckling Restrained Braces,简称BRB)作为耗能构件,设计了一种不仅耗能构件震后便于更换,而且还能提高结构抗侧刚度的自复位排架墩。本文主要对以下几个方面开展了研究:(1)对国内外摇摆式桥墩、可恢复功能结构及BRB构件研究进展作了简单介绍,根据目前存在的不足,提出基于菱形布置BRB自复位排架墩结构,并分析排架墩的滞回机理以及BRB的力学性能。(2)运用Open Sees建立基于菱形布置BRB的自复位排架墩计算模型,对添加BRB的整体式排架墩、无耗能构件自复位排架墩进行模拟分析,将有限元分析结果与试验数据进行比对,以此来验证建模方法的可靠性。(3)对装配菱形BRB自复位排架墩进行拟静力分析,将整体现浇排架墩、无耗能构件自复位排架墩作为对比对象,依据耗能能力、自复位能力、刚度特性等性能指标,对比分析装配菱形BRB自复位排架墩的抗震性能。同时将BRB采用单斜形、人字形以及菱形布置,来对比分析三种布置形式下结构的抗震性能。结果表明:BRB采用菱形布置可以降低结构局部损伤,对结构抗震更有利。(4)对拟静力作用下装配菱形BRB自复位排架墩的耗能能力、自复位能力、刚度特性等影响因素进行参数分析,研究BRB水平刚度与自复位排架墩抗侧刚度的比值(简称BRB刚度比)、预应力轴压比、预应力筋配筋率、预应力筋布置间距、恒载轴压比、墩高及墩间距等因素对装配菱形BRB自复位排架墩抗震性能的影响,并据此提出合理的参数取值。结果表明:预应力筋配筋率取0.5%、BRB刚度比不超过1.5、预应力轴压比取0.06,结构抗震性能更优。(5)选取合理的参数,优化菱形布置BRB自复位排架墩计算模型,采用动力时程分析方法计算结构的地震响应,依据最大位移角、残余位移角、预应力筋最大应力、BRB变形情况等指标,分析菱形布置BRB对自复位排架墩地震损伤的控制效果。将菱形上部BRB分别与主梁、盖梁相连接,对比分析两种连接方式对自复位排架墩地震损伤控制效果的影响。结果表明:BRB与主梁相接并将板式支座摩擦系数取0.10时,损伤控制效果更好。
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