氯离子侵蚀下自复位减震桥墩抗震性能退化及易损性研究.pdfVIP

摘要

摘要

相较于传统的钢筋混凝土桥墩，自复位减震桥墩具有良好的抗震性能和经济

优势，契合结构震后功能恢复的设计理念。而近海桥梁结构所处环境复杂，服役

期内往往因氯离子侵蚀造成抗震性能退化带来安全隐患。基于此，本文重点研究

氯离子对自复位减震桥墩钢筋的侵蚀作用，开展了近海自复位减震桥墩遭受氯离

子侵蚀后抗震性能退化机理和易损性的理论研究，主要研究工作如下：

（1）基于OpenSees平台，建立了内置耗能钢筋的缩尺自复位减震桥墩有限

元数值模型。通过选取恰当的材料单元和连接单元，建立了自复位单柱桥墩的数

值模型并进行低周循环荷载分析；从桥墩滞回曲线和预应力筋应力-应变曲线两方

面，将数值模拟结果与相关文献拟静力试验结果对比，验证了本文自复位减震桥

墩建模方法的有效性。

（2）研究了氯离子侵蚀自复位减震单柱墩的不同钢筋锈蚀对其抗震性能退

化的影响。分析仅耗能钢筋锈蚀、仅纵筋锈蚀、仅预应力筋锈蚀和同时考虑所有

钢筋锈蚀的四种情况；研究了受到氯离子侵蚀后钢筋的截面损失、力学性能变化

和预应力损失等因素对抗震性能的影响；对比累积滞回耗能、等效屈服力和等效

屈服位移，从自复位能力和割线刚度等方面探讨氯离子侵蚀对自复位减震桥墩的

影响规律。结果表明：自复位减震桥墩的抗震性能和自复位性能随氯离子侵蚀程

度增加而降低，且不同钢筋锈蚀对自复位减震桥墩抗震性能退化的影响各不相同。

（3）通过拟静力分析和动力时程分析，研究氯离子侵蚀钢筋对自复位减震

双柱墩抗震性能退化的影响。依托某双柱墩自复位桥墩设计案例，建立足尺数值

模型；通过拟静力分析对比三种不同锈蚀程度下桥墩的耗能能力、骨架曲线、割

线刚度和残余位移；利用动力时程分析探讨三种不同锈蚀程度对自复位桥墩的墩

顶位移、基底剪力、基底弯矩和墩顶加速度的影响，研究了氯离子侵蚀下自复位

减震桥墩的抗震性能退化机理。结果表明：与单柱墩的规律相同，随着氯离子侵

蚀程度的加深，自复位减震双柱墩抗震性能退化明显，最大墩顶位移显著增大。

（4）基于PSDA线性拟合法，开展了不同钢筋锈蚀程度下的自复位减震双柱

墩易损性分析。利用Pushover法得到了不同钢筋锈蚀程度下桥墩的易损性指标；

建立了20条地震动的增量动力分析需求模型；分析了不同钢筋锈蚀程度下自复位

桥墩的损伤规律并评估其损伤概率。结果表明：氯离子侵蚀钢筋会导致自复位减

震桥墩的破坏概率增加，钢筋锈蚀程度越大，桥墩的破坏概率越高，为考虑氯离

子侵蚀的近海桥梁结构的损伤概率评估提供了理论依据。

关键词：自复位减震桥墩；氯离子侵蚀；抗震性能；地震易损性；增量动力分析

I

Abstract

Abstract

Comparedwiththetraditionalreinforcedconcretebridgepier,theself-centering

dampedbridgepierhasgoodseismicperformanceandeconomicadvantages,whichisin

linewiththedesignconceptofpost-earthquakefunctionalrecoveryofthestructure.The

offshorebridgestructureisinacomplexenvironment,andtheseismicperformance

degradationisoftencausedbychlorideioncorrosionduringtheserviceperiod,which

bringsgreathiddendangertothestructuralsafety.Basedonthis,thisthesisfocuseson