節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)體系抗震性能研究

預(yù)制節(jié)段拼裝混凝土施工技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工技術(shù)具有明顯的優(yōu)越性，采用節(jié)段拼裝施工建造的橋梁的抗震性能信息缺乏阻礙了其在我國高地震危險(xiǎn)區(qū)域橋梁建造中的應(yīng)用，為此，本項(xiàng)目開展了節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)體系的抗震性能研究。主要研究?jī)?nèi)容有：1）針對(duì)我國節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋和連續(xù)鋼構(gòu)橋主梁的構(gòu)造特點(diǎn)，開展節(jié)段主梁大比例尺模型的擬靜力試驗(yàn)，研究主梁延性變形、耗能能力、及拼裝接縫的滯回特性、裂縫逐步開展情況和主梁最終破壞機(jī)理；同時(shí)開展了新型構(gòu)造措施下預(yù)制立柱的抗震性能試驗(yàn)研究；2）研究能正確描述預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁主要抗震力學(xué)行為的理論數(shù)值分析模型和計(jì)算方法，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校核；3）以典型的節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)例為背景，建立數(shù)值分析模型，研究節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁體系的抗震性能。主要成果有：1）節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土主梁的擬靜力試驗(yàn)表明，在體內(nèi)和體外預(yù)應(yīng)力筋合理布置下，其具有較好的延性變形能力，但耗能能力較弱，拼接縫的張開、閉合對(duì)節(jié)段梁的力學(xué)行為有影響，接縫的相對(duì)滑動(dòng)僅在節(jié)段梁接近完全破壞時(shí)有一定的影響；新型連接構(gòu)造的預(yù)制拼裝橋墩具有良好的抗震性能，可以滿足預(yù)期使用要求；2）通過建立的數(shù)值有限元模型對(duì)試驗(yàn)試件的分析比較，表明分析模型可以較好的模擬主要力學(xué)行為，但節(jié)段主梁三維實(shí)體分析有限元模型在反復(fù)荷載作用下，尚不能完全考慮各種非線性因素，收斂不容易保證；3）對(duì)四跨節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋開展抗震性能的初步分析研究表明，采用有、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋預(yù)制拼裝橋墩的耗能主要通過接縫處混凝土的壓碎以及有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的塑性變形來耗能，耗能能力小于普通混凝土橋墩，但節(jié)段拼裝橋墩震后殘余位移較?。浑S著加速度峰值的增大，節(jié)段拼裝主梁接縫的最大張開寬度明顯增大；但是震后的接縫殘余張開寬度很小，表明無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的自復(fù)位能力可以保證主梁震后使用性能。通過本項(xiàng)目的試驗(yàn)和數(shù)值分析研究，初步掌握了節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋結(jié)構(gòu)體系的抗震性能及影響因素，為預(yù)制節(jié)段拼裝混凝土橋在我國高地震危險(xiǎn)地區(qū)的應(yīng)用提供了可靠的分析方法和連接構(gòu)造等資料。 2100433B

我國高速公路網(wǎng)和城市化進(jìn)程的加速，促進(jìn)了節(jié)段拼裝施工技術(shù)在跨海峽長(zhǎng)大橋梁和城市高架橋建設(shè)中的應(yīng)用。但隨著節(jié)段拼裝施工技術(shù)在高地震危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)用，面臨的一個(gè)重要技術(shù)問題就是采用這種技術(shù)施工的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)體系的抗震性能如何？這也成為困擾橋梁設(shè)計(jì)工程師和業(yè)主的技術(shù)難題。為解決此技術(shù)難題，擬開展的主要研究?jī)?nèi)容如下：①通過大比例尺擬靜力試驗(yàn)研究不同構(gòu)造方式下節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土主梁及其接縫的滯回特性、延性變形、耗能特性等；②研究節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土主梁的接縫開展情況以及主梁的潛在破壞模式；③建立節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)體系地震作用下的結(jié)構(gòu)損傷累積、乃至倒塌的理論分析模型和計(jì)算方法；④研究節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)體系的抗震性能、易損部位和破壞倒塌機(jī)理；⑤分別從構(gòu)件、結(jié)構(gòu)層次研究對(duì)節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁體系在地震作用下累積損傷行為進(jìn)行有效控制的各種方法和措施。

本項(xiàng)目基于海底盾構(gòu)隧道特點(diǎn)，結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗(yàn)以及振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)等手段，開展海底盾構(gòu)隧道全壽命抗震性能研究。通過反應(yīng)位移法建立海底盾構(gòu)隧道單/雙層襯砌橫向分析模型，對(duì)比分析單、雙層襯砌在不同水平地震作用下隧道內(nèi)力的分布情況和變形規(guī)律,計(jì)算表明管片變形、彎矩、軸力呈反對(duì)稱分布在結(jié)構(gòu)兩側(cè)，相同地震動(dòng)水平時(shí)雙層襯砌地震附加總內(nèi)力值高于單層襯砌；建立復(fù)合式/疊合式雙層襯砌三維實(shí)體數(shù)值模型，開展地震作用下管片結(jié)構(gòu)與二次襯砌內(nèi)力及位移的分布特征分析，相同工況下，復(fù)合式襯砌管片的軸力、彎矩和二襯的彎矩均大于疊合式襯砌，復(fù)合式二襯的軸力小于疊合式二襯軸力；根據(jù)相似理論開展單、雙層襯砌模型地震響應(yīng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究地震作用下單、雙層襯砌盾構(gòu)隧道跨越軟硬突變地層的縱向動(dòng)力響應(yīng)特征，結(jié)果顯示：軟硬突變地層加速度響應(yīng)頻譜表現(xiàn)出與均勻地層顯著不同的“雙峰值”現(xiàn)象，管片縱向應(yīng)變峰值包絡(luò)線出現(xiàn)明顯的“三峰值”，結(jié)構(gòu)應(yīng)變受地層影響的區(qū)域分布于地層交界面兩側(cè)2.5-3.5倍隧道直徑范圍；建立海底盾構(gòu)隧道不同服役齡期地震響應(yīng)分析模型，導(dǎo)入不同荷載水平下，隨著氯離子侵蝕時(shí)間增長(zhǎng)隧道結(jié)構(gòu)劣化的本構(gòu)模型，采用動(dòng)力時(shí)程法分析隧道結(jié)構(gòu)劣化抗震性能，以隧道直徑變形率作為圓形盾構(gòu)隧道的性能量化指標(biāo)，提出了適用于圓形盾構(gòu)隧道各性能水平的量化指標(biāo)；開展隔震材料室內(nèi)試驗(yàn)，瀝青系隔震層能夠有效降低襯砌拉、壓應(yīng)力及變形量，隔震層厚度分別為5cm、15cm及30cm時(shí)，對(duì)應(yīng)減震率為46.3%、50.4%和58.2%；采用數(shù)值模擬及振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對(duì)海底盾構(gòu)隧道交叉結(jié)構(gòu)地震動(dòng)力響應(yīng)特性進(jìn)行研究，采用剛性連接時(shí)，主隧道縱向受影響范圍約為3倍橫通道寬度，柔性連接可降低結(jié)構(gòu)各處的應(yīng)變和內(nèi)力，降低影響范圍至1.5-2倍。研究成果可為海底盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)和施工提供重要參考，為今后大量海底盾構(gòu)隧道全壽命周期的健康服役提供理論和技術(shù)支撐。 2100433B