摘 要

桥梁是组成交通运输的重要部分之一，是路线的咽喉要道，对当地的经济、政治、国防都意义非凡，但是越是重要的部分就越脆弱越值得我们不断的加以保护。在自然灾害时常发生的情况下我们必须尽全力保证桥梁的安全性和实用性。当桥梁受到地震作用时，它的下部结构桥墩会受到弯、剪、压、扭的耦合作用，非常容易受到损害。了解国内外研究成果，钢筋混凝土桥墩的加固理论和加固技术基本趋于成熟，对RC墩柱的压弯、弯剪性能也已经进入深入研究，但是仍存在问题，弯剪扭复合作用下的研究很少，所以对复杂应力下桥墩的抗震性能的研究变得非常必要而且紧迫。

我主要进行了以下的工作来研究：

1. 在ansys上建立考虑压、弯、剪、扭耦合作用下的桥墩有限元模型。
2. 通过加载地震荷载观察其受力状态。
3. 改变其轴压比、纵筋配筋率、箍筋间距得出应力分布图和最大位移图。
4. 将不同的轴压比、不同纵筋配筋率、不同箍筋间距得出的数据进行比较。
5. 得出结论：轴压比越大桥墩延性性能会略微下降；纵筋配筋率增大后桥墩延性降低；箍筋间距增大桥墩延性降低。
6. 提出抗震性能改善的建议：适当减小轴压比、纵筋配筋率和箍筋间距。

关键词：桥墩；ANSYS；地震荷载；纵筋配筋率；箍筋间距

Abstract

Bridge is one of the important parts of transportation and is the throat of the route. It is of great significance to the local economy, politics and national defense. However, the more important the part, the more vulnerable it is and the more worthy of our continuous protection. In case of frequent natural disasters, we must do our best to ensure the safety and practicability of the bridge. When a bridge is subjected to earthquake action, its substructure piers will be subjected to the coupling action of bending, shearing, compression and torsion, thus being very vulnerable to damage. Understanding the research results at home and abroad, the reinforcement theory and reinforcement technology of reinforced concrete piers are basically maturing. The bending, bending and shear properties of RC piers have also been studied in depth. However, there are still some problems. There are few researches under the combined action of bending, shear and torsion. Therefore, the research on the seismic performance of piers under complex stress becomes very necessary and urgent. I mainly did the following work to study:

(1) In ansys, it is suggested to consider the finite element model of bridge pier under the coupling action of compression, bending, shear and torsion.

(2) Observe its stress state by loading earthquake load.

(3) Change the axial compression ratio of Pier, longitudinal reinforcement ratio and stirrup spacing to obtain stress distribution diagram and maximum bending displacement diagram.

(4) The data obtained from different axial compression ratio, different longitudinal reinforcement ratios and different stirrup spacing are compared.

(5) It is concluded that the pier top load has little effect on the seismic performance of the pier. The ductility of piers decreases with the increase of longitudinal reinforcement ratio. The ductility of piers decreases with increasing stirrup spacing.

(6) Put forward suggestions to improve the seismic performance: The axial compression ratio, longitudinal reinforcement ratio and stirrup spacing should be appropriately reduced.

Key Words: Bridge pier; ANSYS; seismic load; Longitudinal reinforcement ratio; Stirrup spacing

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的和意义 2

1.3 国内外研究现状及现存问题 3

1.4 本课题研究内容及技术方案 5

第2章 桥墩震害机理 7

2.1 桥墩抗震受力特点 7

2.2 桥墩震害原因 8

2.3 桥墩地震反应阶段力学解析 10

2.4 桥墩典型破坏模式 16

2.5 本章小结 17

第3章 桥墩抗震措施 19

3.1 塑性铰区域的抗震设计 19

3.2 多遇地震作用下的抗震设计 19

第4章 桥墩抗震仿真分析 21

4.1 桥墩主体几何模型的建立 21

4.2 钢筋几何模型的建立 24

4.3 网格划分 30

4.4 荷载模拟 32

第5章 桥墩抗震性能影响因素 34

5.1 墩顶荷载的影响 34

5.1.1 墩顶荷载为10000N 34

5.1.2 墩顶荷载为15000N 36

5.1.3 墩顶荷载为20000N 37

5.2 箍筋间距的影响 39

5.2.1 箍筋间距加大原间距的20% 39

5.2.2 箍筋间距加大原间距的40% 41

5.2.3 箍筋间距加大原间距的60% 42

5.3 纵筋配筋率的影响 45

5.3.1 配筋率折减原配筋率的20% 45

5.3.2 配筋率加大原配筋率的20% 47

5.3.3 配筋率加大原配筋率的40% 48

5.3.4 配筋率加大原配筋率的60% 50

第6章 结论 53

主要参考文献 54

致谢 55

绪论

研究背景

桥是交通的十分重要的一部分，对当地的政治、经济、国防等都具有重要意义。我国公路桥梁大部分是上世纪50年代之后兴修的，绝大多数为混凝土梁桥。在我国70年代改革开放的政策以来，特别是最近几十年来我国的经济发展速度十分惊人，桥的建设取得名震中外的成绩。地震的发生对我们生命和物质安全威胁极大，地震来临时会破坏大量的建筑物包括道路和桥梁。我国国土面积的60%位于地震区,近二十年来地震爆发频率越来越高,灾害也造成严重的后果。

桥梁在交通运输线中扮演着非常重要的角色,经常能缩短路线的距离使抗震救灾的工作加快减少人员伤亡和经济损失 ,一旦受到地震的破坏将会导致不可预估的影响, 震损后修复加固极难并且经济损失十分严重，所以地震对震害地区的桥梁损伤也非常巨大。

桥墩地震受害状况主要包括:桥墩弯曲破坏和桥墩剪切破坏（如图1.1所示）;汶川大地震中由于纵向钢筋的焊接程度和约束不足才造成的百花大桥桥墩底部的弯曲破坏(2008年)（如图1.2所示）。