学科专业：桥梁与隧道工程
授予学位：博士
学位授予单位：同济大学土木工程学院
学位年度： 2008年
预应力混凝土桥梁分段施工技术是当今世界桥梁工程的主要发展趋势之一。随着强调施工工期短、加强耐久性、对现有交通影响尽量小、不影响当地的生态环境等方面要求的提高，预制节段拼装技术倍受青睐，得到越来越广泛的应用。但是对于采用节段拼装施工技术的桥墩，其抗震性能如何，目前仍然缺乏系统的研究。这已成为困扰桥梁设计工程师和业主的技术难题，从而限制了该技术在我国桥梁建设中的运用。鉴于上述原因，本文结合国内外相关研究的现状，通过拟静力试验和振动台试验研究方法，对三种不同类型节段拼装桥墩进行了抗震性能研究，试图揭示节段拼装桥墩的地震破坏机理和抗震分析方法。综合起来，本文主要进行了以下几部分的工作：
(1)在查阅大量国内外文献的基础上，对桥墩采用节段拼装施工方法的桥梁的应用现状和应用前景、节段拼装桥墩的类型及其力学特征、节段拼装桥墩的试验研究和理论研究等现状进行了系统的回顾与总结。
(2)为初步探讨节段拼装桥墩的抗震性能，设计了一个包含五种不同类型混凝土桥墩的试验方案，其中节段拼装桥墩有三种，其余两种分别为普通钢筋混凝土桥墩和无粘结预应力混凝土桥墩。对该方案采用拟静力和振动台试验两种试验方法进行试验研究。这样该方案包括两组共十个试件，其中第一组五个试件为拟静力试件、第二组五个试件为振动台试件。每组试件试验参数相同，为：是否存在预应力钢筋、不同施工方法、预应力筋的布置位置和存在方式、附加耗能装置。
(3)采用拟静力试验方法比较分析了本文中五种不同构造类型混凝土桥墩的破坏形态、易损部位、荷载位移滞回曲线、节段拼装桥墩的接缝开展、拟静力残余位移、曲率分布、耗能能力、粘滞阻尼比等，得到了节段拼装桥墩、钢筋混凝土桥墩和预应力混凝土桥墩之间拟静力行为的异同。
(4)采用振动台试验方法比较分析了本文中五种不同构造类型混凝土桥墩的动力特性，损伤破坏过程，接缝的扩展规律，相同加速度激励下的最大位移响应等。同时分析了拟静力试验结果与振动台试验结果的异同，总结了不同类型桥墩的地震响应特点和规律。
(5)针对节段拼装桥墩的构造特点，采用纤维模型分析方法和塑性铰分析方法对各个试件分别进行了循环荷载分析和非线性时程分析。在采用纤维模型分析方法时，对节段拼装桥墩涉及到的接缝，有粘结预应力钢筋，无粘结预应力钢筋，耗能钢筋等特殊问题进行了仔细的分析比较，在此基础上给出了适宜的模拟方法，然后分别对拟静力试件和振动台试件进行了非线性有限元分析，比较了纤维模型分析结果与试验结果的异同。针对纤维模型分析方法模拟复杂、工作量大的特点，采用了简化的集中塑性铰方法进行分析。首先编制了五种不同类型桥墩的截面弯距曲率分析程序，然后根据试验结果确定各种桥墩的加卸载规律，最后采用等效单自由度方法进行了各种桥墩模型试件在各个试验工况下的拟静力荷载位移滞回曲线、非线性时程激励下的墩顶最大位移等地震反应规律的比较。与试验结果的比较表明：纤维模型分析方法和集中塑性铰分析方法是分析节段拼装桥墩抗震性能的有效近似分析方法。
(6)根据上述研究成果，对城市高架中常用的单柱墩连续梁桥提出了上部结构和桥墩的节段拼装施工方案，并采用集中塑性铰方法对该节段拼装连续梁桥的抗震性能进行了分析，比较了节段拼装连续梁桥与钢筋混凝土连续梁桥抗震性能的异同。普通钢筋混凝土桥墩的抗震分析方法可以推广应用到节段拼装桥墩中。