空心矩形截面桥墩承载力分析开题报告
2020-02-20 08:02:02
1. 研究目的与意义（文献综述）
| 近年来山区道路得到很大的发展,由于山区地形复杂,常需要大跨径高墩#65377;高墩截面承载能力分析往往是结构分析中很重要的一部分#65377;像常见的连续刚构桥的墩梁固结在一起,桥墩与上部结构共同受力,主墩的承载能力计算就更为重要#65377; 空心截面桥墩具有截面面积小#65380;截面模量大#65380;自重轻#65380;节省材料#65380;结构刚度和强度较好的特点,被广泛应用于桥梁建设当中#65377;当墩高超过60m时,空心截面桥墩是梁式桥的首选桥墩形式#65377;因此空心截面桥墩截面承载能力计算在桥梁设计中显得尤为重要#65377;而钢筋混凝土(RC)矩形空心截面桥墩具有较高强度/质量比#65380;刚度/质量比,既发挥了结构的最大效益,又减小墩柱质量对桥梁地震反应的贡献,因而矩形空心截面桥墩在我国西部和山区高墩桥梁中广泛应用,特别是在我国西部高烈度区的高墩桥梁中#65377; 地震作用下，该类桥墩受弯矩、轴力和剪力的复杂作用，截面受到不同程度的损伤，其截面安全性需要评估，桥墩承载力需要进一步研究，可以为桥梁进一步采用合理有效抗震加固措施提供基础。 近些年来，国外学者对于这个课题做了相关的研究： A.V.Pinto[1]在ELSA实验室进行了两个大型矩形空心桥墩模型的循环试验，桥墩呈现出若干地震缺陷，因此，它们表现出较差的滞回性能和有限的变形能力，以及不符合现代抗震结构规范要求的破坏模式，并将实验数据与数值和经验预测进行了比较，得出了一些结论。 Nahid Attarchian[2]采用数值纤维模型，研究了钢筋混凝土桥墩在双轴单调荷载作用下的延性和承载力，在确定的试件中考虑了形状、截面宽高比、尺寸、轴向压力、混凝土抗压强度和纵向配筋率的变化。基于所得的平均延性承载力比（rΔ），提出了一个计算双向受弯矩形钢筋混凝土截面延性承载力的双线性方程。 Paolino Cassese[3]对典型的空心矩形截面钢筋混凝土桥墩进行了试验研究，在恒轴向荷载作用下进行了位移控制下的循环试验，并观察了试件的挠曲破坏模式和挠曲-剪切破坏模式。提出了实验整体响应和观测损伤演化，分析了局部响应和滞回性能的计算结果。 我国学者也在研究空心矩形钢筋混凝土桥墩的道路上进行着探索： 许紫刚[5]等人针对双轴压弯作用下钢筋混凝土(RC)空心截面性能评价问题，根据双轴压弯作用下RC矩形空心截面中和轴布置的不同形式，推导了双轴压弯作用下矩形空心截面承载力计算公式和曲率计算公式。对双轴压弯作用下轴压比、配筋率和配箍率不同的3个RC矩形空心截面试件体桥墩的墩底控制截面，进行了承载力和转动延性分析，得出其在给定轴力作用下的Mx-My曲线和弯矩-曲率曲线，并通过其双轴压弯循环荷载试验，验证了分析结果的正确性和精确性。
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2. 研究的基本内容与方案
| 1.基本内容 论文将首先介绍矩形空心截面钢筋混凝土桥墩的应用和发展。通过搜集资料和查阅文献，总结概括矩形空心截面桥墩有关的国内外研究现状，并阐述对矩形空心截面桥墩承载力研究所具有的实践价值和经济价值。 其次，将对空心矩形截面桥墩单轴抗弯压理论进行梳理，并参考国内外学者的研究成果，对空心矩形截面在单轴压弯作用下的轴力-弯矩关系和曲率-弯矩关系作更深入的研究，分析其理论关系。并且将对有限元分析软件OpenSEES进行学习，熟悉结构有限元分析的基本过程和原理，掌握建立桥墩受力模型的方法，并计算分析桥墩的内力，进一步学习钢筋混凝土桥墩有限元模拟方法。论文最后针对空心矩形截面桥墩的某一具体实例，先采用理论研究得出的公式进行手算，然后通过OpenSEES电算，将所得结果进行比较，进而验证关系的准确性，绘出关系曲线图。 2.技术路线 本文的研究主体分为三部分：第一部分将介绍有关空心矩形截面桥墩单轴抗弯压的理论，进行详细的公式推导，绘制相应的关系曲线图；第二部分将利用有限元分析软件OpenSEES进行模型建立，并进行计算分析；第三部分，针对一个空心矩形截面桥墩的具体实例，先利用公式法手算，然后进行OpenSEES电算，进而验证研究得出的关系式的准确性。
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3. 研究计划与安排
| 第1周：查阅相关文献资料，仔细阅读设计任务书，明确研究内容。 第2周：了解研究所需的基本知识及所要掌握的软件，安装并熟悉OpenSEES，为后续毕业设计论文工作做好准备。 第3周：确定研究方案，完成开题报告。 第4周：参考相关文献，对单轴压弯作用下的空心矩形截面轴力-弯矩和弯矩-曲率关系作理论推导。 第5周：熟悉有限元软件的基本理论和建模的主要过程，学习OpenSEES结构分析软件建立桥墩模型的方法。 第6-7周：学习OpenSEES结构分析软件考虑轴压作用的方法，并在上一步的基础上完善分析模型。 第8-9周：建立考虑单轴压弯作用下的空心矩形截面桥墩有限元分析模型。 第10-11周：根据研究方案，进行有限元分析，并开始撰写论文。 第12周：整理计算结果，完善毕业论文。 第13周：完成毕业设计翻译任务。
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4. 参考文献（12篇以上）
| [1] A. V. Pinto, J.Molina, G. Tsionis. Cyclic tests on large-scale models of existing bridgepiers with rectangular hollow cross-section [J]. Earthquake Engineering and StructuralDynamics, 2003, 32, 1995–2012. [2] NahidAttarchian, Afshin Kalantari, Abdolreza Sarvghad Moghadam. Developing a newprocedure for evaluating the ductility capacity of rectangular RC pierssubjected to biaxial flexural loadings [J]. Engineering Structures, 2018, 172,187-200. [3] PaolinoCassese, Paolo Ricci, Gerardo M. Verderame. Experimental study on the seismicperformance of existing reinforced concrete bridge piers with hollowrectangular section [J]. Engineering Structures, 2017, 144, 88-106. [4] FlorianaPetrone a, Giorgio Monti. Unified code-compliant equations for bending andductility capacity of full and hollow rectangular RC sections [J].Engineering Structures, 2019, 183, 805-815. [5] 许紫刚,贾俊峰,韩强,杜修力.双轴压弯作用下RC桥墩矩形空心截面性能评价[J].工程力学,2015,32(01):17-25. [6] 董振华,韩强,杜修力.双向压弯下RC矩形空心截面桥墩承载能力评估[J].中国公路学报,2014,27(02):77-83. [7] 王延华,马洪友.空心薄壁墩截面承载能力计算方法研究[J].公路,2014,59(08):246-248. [8] 混凝土结构设计规范(GB 50010-2010),混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010. [9] 中华人民共和国交通部.公路桥涵设计通用规范JTG D60—2015 [S].北京:人民交通出版社,2015. [10] 中华人民共和国交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62—2018 [S].北京:人民交通出版社,2018. [11] 石志源.桥梁结构电算(第2版)[M].北京:人民交通出版社,2010. [12] 叶见曙.结构设计原理(第4版).[M].北京：人民交通出版社,2018. [13] 王国鼎.桥梁计算示例(第2版)[M].北京:人民交通出版社,2005. [14] 陈学伟, 林哲. 结构弹塑性分析程序OpenSEES原理与实例[M].北京:中国建筑工业出版社, 2014. [15] 顾祥林.混凝土结构基本原理(第3版).[M].上海：同济大学出版社,2015. [16] 古泉, 黄素蓉.OpenSEES实用教程[M].北京:科学出版社, 2016. [17] 混凝土结构设计规范(GB 50010-2010),混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010. |
