英语原文共 241 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
第一章引言
1.1综述
近年来由于缩短施工期，生产安全的需求以及经济和高效结构的创新设计的期望，美国增加混凝土桥梁采用预制分段施工，。但是，预期的预制节段桥梁的行为和性能在地震中缺乏，因此它们广泛用于地震区域如加州尚未实现。 作为由美国资助的合作研究工作的一部分，Caltrans在加州大学圣地亚哥分校Charles Lee Powell位于UCSD的结构研究实验室，进行了大规模的测试预制混凝土节段桥梁部件。 这份报告根据实验结果记录了测试模拟横向地震荷载作用下预制混凝土节段桥梁墩柱的结论和设计建议。
无粘结后张预制混凝土节段桥梁柱由将预制件堆叠在一起，然后连接组件 结构上具有垂直后张预应力筋穿过导管，导管位于预制段。 肌腱锚定在下面的基础上，立柱和顶部弯曲的盖子。 在此构建桥梁墩柱方式比传统的R.C.多了几个优点。设计上，施工由于桥梁组件可能会很快，因此时间表可以显着缩短，在装配线和蒸汽养护装置增加的预制设备生产，混凝土施工效率高。此外，在一个分段桥梁的架设领域可以迅速进行，从而减少对现有交通和基础设施的干扰。
预制系统的另一个关键优势是其预期的抗震性能。残柱漂移可忽略不计，并以混凝土剥落形式损坏最小并限于靠近柱压缩趾的区域。 剩余的不会出现柱内裂缝，并且由于应变渗透而导致基脚损坏。纵向钢筋进入R.C.典型的基础。墩柱不会出现。 因此，预制混凝土节段桥梁立柱将保持正常运行，在中度地震事件之后并且将需要最小限度的修理。 鉴于他们的特殊抗震性能，这些墩柱在桥梁中特别具有吸引力，被指定为生命线结构。
上述的地震性能特征是无粘结肌腱设计直接的结果。横向方向的墩柱响应示意图如图1.1所示。由于预制柱在地震下侧向位移产生时，柱基与界面之间形成宽的弯曲裂纹 当柱子围绕其压缩趾部刚性旋转时的基础。一旦基部裂缝开口延伸到肌腱的位置，预应力钢就被拉伸。肌腱在柱的高度上没有粘结，正弦增量应变是否定的，集中在裂缝处，并且如果仔细选择初始预应力水平，则不会发生预应力钢的应变。这有几个重要的原因：首先，通过剪切摩擦在部件界面上传递剪切力的能力取决于预应力筋提供的夹紧力。该柱刚度也依赖于预应力，因此如果不是那么剧烈地减小 预应力保持不变。最后，提供给柱的恢复力能够在地震期间和之后保持预应力，确保柱返回到未变形的位置。
需要特殊的细节来将混凝土限制在预制的塑料端部区域，分段立柱自高向低与纵向混凝土压缩应变相关，该塔在其基部附近的刚性旋转预计在临界区附近。 紧密间隔的横向螺旋钢筋可以用来提供必要的保护。在基座附近铺设混凝土防裂板，这种细节会导致重大的美观损害。 但是，如果底部预制墩柱是用钢套包裹，塑料端部区域的混凝土主要避免剥落。只有轻微的混凝土在夹克底部和底部之间的间隙处立足点将发生破碎，并且需要很少的地震后修复。
1.2研究目标
这项研究工作涉及分析和实验研究后张预制混凝土节段桥梁在地震加载下横向受力性能研究。该研究的主要目标是确定合适的设计的细节，确保预制柱系统具有良好抗震性能。该预应力钢筋面积和初始应力，横向钢筋水平基座和剪力的限制，护套高度，段的连接细节界面和列宽高比是该计划的主要关注点。为了了解上述参数对系统性能的影响，开发了一个描述分析模型在水平地震输入下色谱柱的行为。
设计并测试了四个大型测试模型单元。 两个测试单位有一个方面比率（柱高除以柱直径）为6，两个纵横比为3。 预应力钢筋未与周围混凝土和钢结合，夹克被用来限制每列的底部区域。 希望进行调查 在初始预应力的低和高水平下柱的性能。预计柱损失很低，因此决定每一柱都可以有效使用了两次。这些色谱柱首次在相对较低的初始阶段进行测试预应力水平。这些柱子随后被修理，提出修改建议，再次拉伸到a 较高的初始预应力水平，并再次进行测试。
第二章 分析过程
2.1、概况
将呈现在本章的是对于预测在水平地震荷载作用下预制节段墩柱反应的必要的理论背景。首先，会给出预制节段墩柱在水平地震荷载作用下的力学行为的描述。接下来会给出用来计算墩柱力—位移反应的步骤。然后讨论考虑混凝土和预应力筋本构的建模。预制节段墩身的剪切强度会在最后呈现。
2.2、墩柱反应的概况
一个预制墩柱在地震荷载下的表现会与传统的墩柱有根本的不同。在大多数的钢筋混凝土桥梁的设计中，设计师会找出并详细说明非弹性响应发生的位置。这些集中非弹性行为的位置通常以塑性铰的形式存在于桥梁墩柱中，在这些位置中，钢筋的屈服和混凝土的塑性应变共同抵消地震带来的能量。塑性铰中的材料变形产生了转动，并造成了墩顶的位移。在预制墩柱中，大的结构变形不是由于铰链区域内的塑性变形，而是由于围绕地基的整个墩柱的刚性旋转。预制墩柱的反应类似于一个摇摆的基础，一旦由重力提供的约束被克服，基础就会离地。在预制墩柱的情况下，混凝土竖直自重和钢筋预应力提供了抵抗倾覆的力。与传统的钢筋混凝土墩柱相比，预制墩柱滞后能量的耗散相对较小。
图二描述了在横向地震荷载下，三个关键反应阶段的预制墩柱。图中包括地震力E，垂直静载P，初始预应力，以及混凝土纵向压缩应变曲线和临界截面的中性轴深度。在图中和整个报告里，假定预应力筋位于横截面的中间深度处。图2.2显示了预应力筋的代表性应力—应变曲线，其中在破坏之后和地震荷载之前的初始钢筋预应力是。在一定的加载程度下，柱底的预应力会因为极度张拉的纤维而丧失。这一条件定义了墩柱反应的第一个重点，并用弹性行为表示。在这个反应的阶段，预应力筋应力不会由原始值发生明显变化。
随着地震力的增加，裂缝将在柱底形成并开始传播进入截面深处，最终最初的裂缝将达到该截面的中间深度。这个条件定义了墩柱反应的第二阶段，因为它表示了在反应中显著的非线性的开始。随着中性轴深度的进一步减小，预应力筋被拉伸，钢筋应力增加。如果初始钢筋预应力被谨慎的选择，那么在整个地震荷载中，预应力筋的波动将保持在弹性状态。但是，如果最初的压力太高，或者如果最大柱位移大于预期，钢筋应力可能进入非弹性部分的应力—应变曲线。卸载后，未变形的位置上，有效应力会减小到。这样的后果是部分的或者在极端条件下完全丧失了预应力。由于在预制节段之间传递剪切力的能力取决于由预应力筋提供的夹力，设计师可以准确地预测到在输入地震时的预应力筋应力的增加，这一点很关键。
2.3、力—位移响应
预制柱的理论横向力—位移响应在图2.3中示出。前面描述的响应的关键阶段由点1-3表示在图中。整体响应类似于非线性弹性关系。剩余的柱子的位移不存在，因为肌腱预应力在地震荷载后，作用于墩柱。在反应中没有显示出滞后现象，因为在传统的钢筋混凝土墩柱中的和能量耗散有关的纵向钢筋周期性屈服在预制系统中不会出现。然而，能量将通过临界截面和钢套的屈服附近的混凝土塑性应变在系统中消散，因此会有一些滞后现象出现。
2.3.1、矩—曲率分析
传统确定临界截面的弯矩曲率行为的分析是不够的，因为有预应力和轴向静载引起的总垂直力不是恒定的，而是随着肌腱的拉伸而增加的。对于传统的钢筋混凝土墩柱，作用在柱上的总垂直力是已知的而且必须由最终的混凝土压缩力C来平衡。计算力矩曲率响应，只需要选择混凝土极端纤维的值压缩应变εc，并在考虑因素以及混凝土和钢筋应力—应变关系下使用平衡对中性轴深度c进行迭代。因为钢筋假定与混凝土完美结合，所以应变相容性在该部分可以用来计算合成钢筋和混凝土的力。但是，在预制柱中，肌腱没有粘结到周围的混凝土，所以预应力钢与混凝土之间的应变相容性不存在。因此，对于一个给定混凝土应变和中性轴深度，预应力钢筋应变并不是唯一确定的。
在本文介绍的方法中，采用预制墩柱和传统混凝土墩柱之间的比较。这是在前面描述的两个系统表现行为差异的情况下完成的。另外，一个迭代不仅涉及极端纤维混凝土应变和中性轴深度的过程，而且也使用到预应力。在钢管反应的早期阶段，预应力钢筋基本上是与其初始值Fsi不变。弯曲曲率响应由下式计算 为极端纤维混凝土压缩应变εc选取值，并迭代该值中和轴深度c，其满足作用在截面上的垂直力的平衡：
混凝土的压缩产生是通过关于中性轴深度的关系,混凝土的应力—应变积分获得的：
其中fc是受限的混凝土应力 - 应变关系（随后讨论） D是柱直径。 截面力矩由下式给出:
这种方法与传统的钢筋混凝土理论所给出的方法相同，并且是在中和轴深度等于直径的一半时用到墩柱最高点（包括该点，即“第二阶段”响应水平）。
对于第三阶段的回应，采用以下程序。虽然预制柱的大的非线性位移是由于墩柱关于压缩脚的刚性旋转，可以假设为预制墩柱表现的像一个传统墩柱，以及塑性铰位于桩基和基础之间的界面上。如图所示，形成的角度假设柱子底部和基础顶部之间的距离等于柱子的距离
塑料旋转theta;p，即：
其中phi;p是塑性曲率，Lp是等于塑性铰链长度的一半 截面直径（公式2.5）。 值得注意的是，分析塑料铰链的长度为a 10 预制柱不同于通常用于钢筋混凝土（公式2.6）的值 通过用实验测试结果校准分析模型来确定。
预制桥墩： (2.5)
钢筋混凝土桥墩： (mm，MPa) （2.6）
在上面，fye和dbl是期望的屈服应力和纵向的直径增强。塑料曲率定义为总截面 曲率减去弹性曲率（方程2.7）。 总曲率是根据 极端纤维处的混凝土压缩应变和中性轴深度（公式2.8）， 而弹性曲率取为阶段二响应曲率（方程2.9）。
(2.7)
(2.8)
(2.9)
再次参考图2.4，预应力钢一旦基础裂缝拉伸即可 传播通过该部分的中间深度。 与肌腱伸长相关的是 预应力钢筋应力增加Delta;fs，从而增加力量Delta;Fs。 了解未绑定的 腱的长度Lt，柱直径D和中性轴深度c（计算值） 如后面所述），肌腱应变Delta;εs的增加由下式给出:
相应的预应力应力增量计算公式如下：
其中Es是预应力钢的弹性模量。 使用表示预应力钢横截面积，由于基础裂纹引起的肌腱总力增加公式是：
计算响应第三阶段的弯矩曲率响应为 执行如下。
1、选择极端纤维混凝土压缩应变εc，并设中性轴深度为c：
2、更新总预应力Fs：
3、检查垂直力的平衡：
如果平衡不满足，则选择中性深度轴的新值， 重复第二和第三步直到达到平衡。 当正确 找到中性轴，列矩容量计算公式如下：
4、完整的弯矩曲率响应是通过极限纤维混凝土应变值εc递增来获得，并重复上述步骤直 达到了最终的混凝土压缩应变εcu。
2.3.2、弹性位移
基于截面的弯矩曲率分析并考虑悬臂柱固定在底座上，响应第一阶段的位移由计算
使用简单梁理论的截面曲率如下：
其中H是从最大时刻到该点测量的柱高的反挠曲。 相应的侧向力是：
响应第二阶段的位移由线性外推确定 从第一阶段的位移来获得位移的弹性分量，并且增加了与柱的关于压缩脚趾刚性旋转相关的附加组件。参考图2.5，第二阶段的位移的回应计算如下：
其中L p在之前的方程中2.5定义和：
点2对应于柱基上裂纹传播到的阶段中段深度，并作为力位移的屈服点响应。但应该指出，“收益”一词并不意味着反映产生任何预应力钢筋，而是用来描述这一点柱响应中的显著非线性开始。
2.3.3、塑性量
在第三阶段的反应中的位移很大程度上是由于关于它的压缩趾部旋转的刚性的柱子，基部裂缝明显开放。柱第三阶段的排量是：
2.4、材料本构行为
测试设备中使用的混凝土和预应力钢材的假定材料行为将在本节中介绍。
2.4.1、混凝土应力应变模型
由于高压缩应变预计在塑料端部区域发展，并且由于散裂混凝土形式的损坏被最小化，因此使用钢护套限制柱基底附近的混凝土。 这件夹克加强了这个核心混凝土的抗压强度并且能够实现高混凝土压缩应变待开发。 由外套提供的横向约束应力的计算与用于传统的横向螺旋或箍筋所做的类似。 考虑一件夹克直径，Dj，壁厚，tj和屈服强度fyj，给出了侧向约束应力通过：
最终的混凝土压缩应变由[4]计算：
其中rho;j是约束钢的有效体积比，εsm是最大应变钢应力，f#39;cc是受限混凝土的抗压强度。 体积比情况如下：
Mander等人提出的约束混凝土的应力 - 应变行为模型。 [4]已被广泛使用，并已被纳入到时刻曲率软件中为传统钢筋混凝土柱设计的程序。 这个模型被使用了在前面描述的弯矩曲率分析中。 图2.6显示了一个 代表rho;j= 2.0％的体积约束比的代表性应力 - 应变曲线， f#39;c = 41.4MPa的无约束混凝土抗压强度，以及钢的屈服强度 F yj = 276MPa 提出修改建议。
评论是关于Mander模型用于弯矩曲率的预制柱的分析。 预制柱由于预应力提供了轴向负荷，将具有相对较高的轴向水平，所以在立柱底部除了垂直静载产生应力。 因此，在预制中使用高强度混凝土 以避免地震下的早期退化和强度损失。因为Mander模型不是专门为高强度混凝土开发的，其用于高强度混凝土分析可能会引入错误。研究表明，高强度混凝土的被动约束力小于低强度混凝土的被动约束力。这是因为在破坏之前在高强度混凝土中发生较少的微裂纹和膨胀。因此，在横向钢筋中引起较少的环向应变 （钢套或螺旋），因此侧向约束应力减小。 过度预测混凝土的强度会导致预料到的较小的中性轴深度。在合成的内力之间与较小的中性轴深度相关联的是较大的杠杆
全文共11766字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[15751]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
