少筋混凝土鐵路橋墩的地震破壞機(jī)制研究2

1、少筋混凝土鐵路橋墩的地震破壞機(jī)制研究（一） 立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容1. 項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)1.1研究意義近十幾年來，我國鐵路工程的迅速發(fā)展帶動(dòng)了鐵路橋梁建設(shè)技術(shù)的飛躍。目前已建成了一大批結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)復(fù)雜、設(shè)計(jì)和施工難度大、科技含量高的橋梁結(jié)構(gòu)。以南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋、武漢天興洲長(zhǎng)江大橋、滬通長(zhǎng)江大橋、鄭州黃河大橋等為代表的鐵路橋梁正向著大跨度、高速度的技術(shù)方向邁進(jìn)，多座更大跨度的鐵路橋梁，如濟(jì)南黃河鐵路大橋、安慶長(zhǎng)江鐵路大橋、鄱陽湖鐵路大橋和瀾滄江鐵路大橋等也正在設(shè)計(jì)建設(shè)中。鐵路橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，在推動(dòng)學(xué)科技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，也向研究人員和工程人員提出了更高的技術(shù)要求和挑戰(zhàn)。橋梁結(jié)構(gòu)是鐵路交通中的重要基

2、礎(chǔ)設(shè)施和生命線工程，在地震中直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全和震后救援。我國是世界上地震多發(fā)國家之一，自上世紀(jì)以來共發(fā)生破壞性地震2600余次，其中6級(jí)以上破壞性地震600余次，平均每年5.4次。這些地震極大威脅了鐵路橋梁結(jié)構(gòu)的安全。從唐山、海城兩次大地震的統(tǒng)計(jì)資料來看，鐵路橋梁在8度區(qū)和9度區(qū)的震害率分別達(dá)到20和76.47。2008年汶川地震同樣給鐵路橋梁結(jié)構(gòu)帶來了嚴(yán)重破壞。寶成鐵路上的金龜巖大橋在地震中橋梁墩臺(tái)出現(xiàn)裂縫，上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向位移，致使寶成鐵路下行線行車中斷；廣岳鐵路上的穿心店大橋、石崗坪大橋、柿子坪大橋、燕子巖大橋、工讀中橋等多座橋梁均發(fā)生了不同程度的震害，造成全線中斷，嚴(yán)重遲滯

3、了救援進(jìn)程，直至6月20日才恢復(fù)通車。橋梁結(jié)構(gòu)在地震中的破壞，導(dǎo)致鐵路交通功能的喪失，大大增加了人員傷亡的數(shù)量，并引發(fā)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，國家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）中明確將橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全列為公共安全領(lǐng)域的優(yōu)先主題。加強(qiáng)鐵路橋梁結(jié)構(gòu)的災(zāi)變行為分析與防御措施的研究具有極其重要的意義。橋墩是橋梁的下部支承結(jié)構(gòu)物，其作用是承受上部板跨支座傳來的各種作用力，并將其傳遞到地基。在地震過程中，橋墩承受水平地震作用，是橋梁結(jié)構(gòu)的重要抗側(cè)力構(gòu)件，其抗震能力的好壞，直接關(guān)系到全橋的抗震性能。目前，我國公路橋梁橋墩多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一般采用基于延性的抗震設(shè)計(jì)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)；而鐵路和高

4、速鐵路橋墩大多為混凝土結(jié)構(gòu)，這些橋墩具有平面尺寸大、剛度大、自重大、地震作用大的特點(diǎn)，且橋墩一般只配有少量的護(hù)面鋼筋，其截面配筋率通常在1以下，屬于典型的少筋混凝土結(jié)構(gòu)。按照現(xiàn)代的抗震設(shè)計(jì)理論，這種不具備足夠延性能力的混凝土橋墩變形能力差，在地震過程中易于遭受破壞，并呈現(xiàn)出明顯的脆性破壞特征。但是，由于鐵路特別是高速鐵路要求在地震作用下橋墩不能產(chǎn)生過大的變形，以防列車脫軌或者震后搶修困難，這就需要鐵路橋墩具有較大的剛度以限制地震位移。正因?yàn)榇?，少筋混凝土橋墩在鐵路橋梁工程中必然出現(xiàn)。圖1為汶川地震中穿心店大橋和紅白場(chǎng)中橋的橋墩震害圖。由穿心店大橋2號(hào)墩 紅白場(chǎng)中橋1號(hào)墩?qǐng)D1 汶川地震中的鐵路橋

5、墩震害圖1可見，少筋混凝土橋墩在強(qiáng)烈地震作用下，可能發(fā)生混凝土表面剝落、墩底的彎剪破壞等多種形式，而橋梁抗震設(shè)計(jì)中截面純彎曲破壞則較為少見。結(jié)構(gòu)的每一種破壞模式都是不同地震破壞機(jī)制的表象，破壞模式不同，破壞過程和結(jié)構(gòu)安全度也都是不同的。以往的設(shè)計(jì)常常是基于假定的破壞模式進(jìn)行，如果假定的破壞模式在地震中與橋墩實(shí)際的破壞形式不相符合，這就使得所采取的工程措施不能有效地抵抗地震作用，最終造成結(jié)構(gòu)失效。只有掌握少筋混凝土橋墩在地震作用下的損傷機(jī)理和災(zāi)變演化過程，深刻認(rèn)識(shí)其破壞機(jī)制，才能據(jù)此提出行之有效的設(shè)計(jì)方法和抗震措施。少筋混凝土橋墩由于截面配筋率低，在地震作用下一般呈現(xiàn)出脆性破壞的特征，這一點(diǎn)與現(xiàn)

6、行的基于延性的抗震設(shè)計(jì)理念不相符合?；谘有缘目拐鹪O(shè)計(jì)要求橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下的塑性鉸出現(xiàn)在墩柱上，橋墩作為延性構(gòu)件設(shè)計(jì)，可以發(fā)生彈塑性變形，并要求其具有一定的耗能能力。而我國鐵路橋墩為滿足結(jié)構(gòu)剛度的要求，多是按照彈性工作狀態(tài)下設(shè)計(jì)的，如何最大限度地避免其發(fā)生脆性破壞，從結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理上改變其破壞機(jī)制和模式，也是一個(gè)值得深入思考的問題。為此，本課題擬就少筋混凝土鐵路橋墩的地震破壞機(jī)制展開深入探討，綜合運(yùn)用數(shù)值分析和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)等技術(shù)手段，研究少筋混凝土鐵路橋墩在地震作用下的破壞過程、破壞模式，并給出其抗震設(shè)計(jì)指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)。本課題的研究將為提高我國鐵路橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力，安全建設(shè)和運(yùn)營提供科學(xué)支撐

7、和技術(shù)保障，具有重要的社會(huì)價(jià)值和科學(xué)意義。1. 2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析目前，少筋混凝土鐵路橋墩的抗震研究還較為少見，主要有：閻貴平等（1996）通過往復(fù)加載實(shí)驗(yàn)，研究了少筋混凝土橋墩的荷載位移關(guān)系，延性比和累積耗能等抗震性能，討論了剪跨比和配箍率對(duì)破壞模式和延性動(dòng)力參數(shù)的影響。李建中等（2006）針對(duì)鐵路橋梁?jiǎn)沃綐蚨?，通過偽靜力試驗(yàn)，研究了其延性抗震性能。比較分析了其配筋率、配箍率、箍筋布置形式、剪跨比等結(jié)構(gòu)參量對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮哪芴匦院桶j(luò)曲線特性的影響。上述研究的重點(diǎn)主要集中在少筋混凝土鐵路橋墩的抗震性能方面，定性地給出了各結(jié)構(gòu)參量的影響作用。但是，對(duì)于少筋混凝土橋墩破壞機(jī)制和結(jié)構(gòu)參

8、量影響作用定量化方面的研究還未見報(bào)道。相比少筋混凝土鐵路橋墩而言，國內(nèi)外在鋼筋混凝土橋墩的抗震性能、破壞機(jī)制和抗震設(shè)計(jì)方法等方面已經(jīng)取得了豐碩的研究成果。雖然，少筋混凝土橋墩由于其具有截面大、剛度大、配筋率低、列車荷載大等特點(diǎn)，很多適用于普通鋼筋混凝土橋墩的研究結(jié)論未必適用，但是，鋼筋混凝土橋墩抗震研究的很多成果和方法仍可為本課題的研究工作起到啟發(fā)和借鑒的作用。其中主要有：項(xiàng)海帆等（1993）在對(duì)典型橋墩的數(shù)值分析基礎(chǔ)上，提出了兩質(zhì)點(diǎn)延性抗震簡(jiǎn)化分析模型和相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，并首次推導(dǎo)了決定單排樁基橋墩屈服截面位置的近似計(jì)算公式；范立礎(chǔ)等（1998）采用解析的方法探討了箍筋對(duì)鋼筋混凝土橋墩延性抗震

9、性能的影響，并通過回歸分析提出了配箍率與曲率延性的近似關(guān)系；孫利民等（2000）對(duì)獨(dú)柱式橋墩在橫向地震下的倒塌機(jī)理進(jìn)行了分析，得出了其破壞倒塌的特點(diǎn)；秦東與范立礎(chǔ)（2001）采用擴(kuò)展散體單元模擬了鋼筋混凝土橋墩的倒塌全過程；王東升等（2001）利用Pushover方法對(duì)4根典型鋼筋混凝土圓形截面雙柱式橋墩進(jìn)行了延性抗震能力評(píng)價(jià)，認(rèn)為橫橋向一些配箍率較低的橋墩在地震中會(huì)發(fā)生脆性的彎剪破壞；卓衛(wèi)東、范立礎(chǔ)（2002）依據(jù)試驗(yàn)的研究成果和非線性回歸分析，建立了計(jì)算延性橋墩塑性鉸區(qū)范圍最低約束箍筋用量的計(jì)算公式；Pinto, A.V.等（2003）對(duì)矩形中空截面的大比例尺鋼筋混凝土橋墩模型進(jìn)行了低周反

10、復(fù)荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)表明這種橋墩的抗震能力不足，滯回性能和變形能力較差；柳春光，林皋（2003）根據(jù)隨機(jī)振動(dòng)理論和可靠性理論，考慮橋墩單元參數(shù)不確定性等問題，建立了橋梁各單元的可靠度計(jì)算方法；朱晞（2005）提出了近場(chǎng)地震作用下鋼筋混凝土橋墩基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法。Chung, Young Soo等（2006）對(duì)八根直徑600mm的鋼筋混凝土橋墩進(jìn)行了偽靜力試驗(yàn)，其中部分試件采用碳纖維加固，試驗(yàn)結(jié)果表明碳纖維可以改善塑性鉸的抗彎性能。朱晞（2006）從變形能力的不確定方面研究了圓截面鋼筋混凝土橋墩曲率極限狀態(tài)和曲率延性系數(shù)，并采用抽樣模擬法分析了在不同的軸壓比、縱筋配筋率和配箍率下橋墩截面無量綱屈

11、服和破壞控制曲率極限狀態(tài)的概率特性；李宏男，王東升（2008）利用擬靜力和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的方法研究了鋼筋混凝土橋墩的抗震性能，通過研究認(rèn)為，基于位移設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土橋墩能夠達(dá)到預(yù)期的延性抗震要求。此外，北京交通大學(xué)土建學(xué)院已經(jīng)對(duì)少筋混凝土橋墩抗震性能進(jìn)行了部分試驗(yàn)，這些都為進(jìn)一步揭示其地震破壞機(jī)制打下了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：1 閻貴平,項(xiàng)海帆, 具有單排樁基梁式橋墩的實(shí)用延性抗震驗(yàn)算方法研究, 土木工程學(xué)報(bào), 1993,26(2), p 48-572 Saiidi, M. Saiid, Straw, David, Monotonic and cyclic response of one-way rein

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13、utsuyoshi, Hiroshi, Machida, Atsuhiko, Tanzo, William, Mashiko, Naoto，Inelastic seismic bilateral response behavior of RC bridge pier using pseudo-dynamic test method, Transactions of the Japan Concrete Institute, 1994,V16,p 265-2725 劉慶華,范立礎(chǔ), 鋼筋混凝土橋墩的延性分析, 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 1998,26(3), p 245-2496 秦東,孫利民

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16、tructural Engineering and Mechanics, 2006,24(4), p 429-44615 司炳君,李宏男,王東升,孫治國,王清湘, 基于位移設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土橋墩抗震性能試驗(yàn)研究（）：擬靜力試驗(yàn), 地震工程與工程振動(dòng), 2008,28(1), p123-12916 艾慶華,李宏男,王東升,孟慶利,司炳君, 基于位移設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土橋墩抗震性能試驗(yàn)研究（）：振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn), 地震工程與工程振動(dòng), 2008,28(3), p39-462. 項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容、研究目標(biāo)，以及擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。21研究?jī)?nèi)容本課題擬對(duì)少筋混凝土鐵路橋墩的地震破壞機(jī)制展開深入研究。具體研究在地震

17、作用下少筋混凝土鐵路橋墩的損傷演化失效破壞機(jī)理，倒塌機(jī)制，破壞模式，破壞特點(diǎn)以及相關(guān)的影響控制因素。主要研究?jī)?nèi)容如下： 少筋混凝土鐵路橋墩的破壞模式少筋混凝土橋墩的地震破壞模式較為復(fù)雜。由于少筋混凝土橋墩主要承受上部板跨結(jié)構(gòu)自重以及由地震作用產(chǎn)生的順橋和橫橋向水平推力，在受力上，屬壓彎剪復(fù)合受力，軸力、彎矩和剪力的耦合作用，使其非線性行為較為復(fù)雜，構(gòu)件的破壞形式可能呈現(xiàn)出彎曲破壞、彎剪破壞、剪切破壞等特征；對(duì)于高柔橋墩可能出現(xiàn)壓彎失穩(wěn)破壞；由于橋墩橫向鋼筋含量少，保護(hù)層混凝土剝落后還可能引起核心混凝土碎落，承載力急劇下降等。少筋混凝土橋墩的不同地震破壞模式主要受其剪跨比、長(zhǎng)細(xì)比、配筋率、配箍率

18、等結(jié)構(gòu)參量的影響。為此，本課題將通過低周反復(fù)荷載試驗(yàn)和有限元分析方法，對(duì)少筋混凝土橋墩可能出現(xiàn)的地震破壞模式和各主要結(jié)構(gòu)參量的影響作用展開深入研究。剪跨比是少筋混凝土橋墩斜截面抗剪的重要影響因素，其本質(zhì)反映的是截面正應(yīng)力和剪應(yīng)力的比例關(guān)系。通常認(rèn)為：剪跨比大，構(gòu)件的破壞模式為彎曲破壞，剪跨比小，破壞模式呈現(xiàn)出剪切破壞特征。本課題將對(duì)不同剪跨比的少筋混凝土橋墩構(gòu)件地震破壞模式進(jìn)行研究，重點(diǎn)考察剪跨比變化與構(gòu)件破壞模式之間的關(guān)系，通過研究給出少筋混凝土橋墩發(fā)生彎曲破壞、彎剪破壞、剪切破壞所對(duì)應(yīng)的剪跨比界限特征值。鐵路工程中由于線路和地勢(shì)要求，常常會(huì)修建長(zhǎng)細(xì)比較大的高柔橋墩，這種橋墩在地震作用下可能

19、會(huì)由于較強(qiáng)的P效應(yīng)而發(fā)生失穩(wěn)破壞。為此，本課題將對(duì)長(zhǎng)細(xì)比影響作用進(jìn)行研究，提出高柔橋墩失穩(wěn)和強(qiáng)度破壞的界限長(zhǎng)細(xì)比，并對(duì)高柔橋墩的滯回曲線、延性和耗能能力等抗震性能進(jìn)行分析。配筋率和配箍率低是少筋混凝土橋墩的典型特征，通常認(rèn)為較低的配筋率將導(dǎo)致截面的脆性破壞，較低的配箍率不能對(duì)核心混凝土起到足夠的約束作用，且箍筋的抗剪貢獻(xiàn)弱。本課題擬通過對(duì)配筋率和配箍率的影響作用進(jìn)行研究，重點(diǎn)考慮構(gòu)件中所配有的少量縱筋和箍筋對(duì)橋墩地震承載力、變形能力、耗能能力、位移和截面延性的影響作用，并給出定量的分析計(jì)算公式。本課題還將考慮截面形式對(duì)橋墩破壞模式的影響，所研究的截面形式包括鐵路工程中常見的圓形、圓端形、矩形、

20、空心等多種形式。對(duì)于矩形截面，特別考慮其沿主、次軸雙向受剪時(shí)的地震破壞模式。對(duì)少筋混凝土橋墩破壞模式進(jìn)行研究的一個(gè)重要目的就是尋找改善其脆性破壞的設(shè)計(jì)方法和抗震措施。本課題在仔細(xì)分析少筋混凝土橋墩破壞模式影響因素的基礎(chǔ)上，將通過對(duì)剪跨比、長(zhǎng)細(xì)比、配筋率、配箍率等結(jié)構(gòu)參量進(jìn)行控制，提出適用于少筋混凝土鐵路橋墩的抗震設(shè)計(jì)方法。 少筋混凝土鐵路橋墩的累積損傷破壞和瞬時(shí)沖擊破壞由Park-Ang雙參數(shù)地震損傷模型可知，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的地震損傷指標(biāo)由其滯回能和最大位移決定。其中，滯回能的大小就代表著累積損傷的程度。本課題擬對(duì)少筋混凝土鐵路橋墩的累積損傷破壞進(jìn)行研究，通過分析低周反復(fù)荷載作用下少筋混凝土橋墩的

21、骨架曲線和滯回曲線，研究其強(qiáng)度、剛度退化和滯回能耗散規(guī)律，并通過試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算，給出Park-Ang雙參數(shù)地震損傷模型中適用于少筋混凝土橋墩的參數(shù)取值，并據(jù)此提出相應(yīng)的地震累計(jì)損傷指標(biāo)。然后，利用所提出的累計(jì)損傷指標(biāo)對(duì)少筋混凝土橋墩的承載力破壞曲面和剛度矩陣進(jìn)行調(diào)整修正，建立基于累積損傷的少筋混凝土橋墩地震破壞模型。位于極震區(qū)的少筋混凝土鐵路橋墩還常常會(huì)受到近斷層地震的威脅，而近斷層地震所特有的強(qiáng)速度脈沖將會(huì)給結(jié)構(gòu)帶來巨大的瞬時(shí)沖擊作用。瞬時(shí)沖擊作用對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞可以歸結(jié)為承載力或變形的極限超越問題。但是，在傳統(tǒng)的動(dòng)力計(jì)算中，對(duì)構(gòu)件組成材料的強(qiáng)度和本構(gòu)關(guān)系一般還是沿用靜力試驗(yàn)和分析的結(jié)果，這

22、與瞬時(shí)沖擊作用比較明顯的動(dòng)力加載特性不相符合。眾所周知，在不同加載速度下，混凝土的力學(xué)性能與靜態(tài)時(shí)并不相同，抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、極限應(yīng)變、破壞面的演化、剛度甚至混凝土的斷裂損傷情況都會(huì)有所變化。為此，本課題將從混凝土動(dòng)態(tài)特性上，對(duì)應(yīng)變率影響下的混凝土損傷模型進(jìn)行研究，建立少筋混凝土橋墩瞬時(shí)沖擊破壞模型。 少筋混凝土鐵路橋墩的倒塌分析倒塌過程是損傷累積由量變到質(zhì)變的漸進(jìn)過程。本課題對(duì)少筋混凝土鐵路橋墩進(jìn)行倒塌分析，就是要通過已確定的地震破壞模式和累積、動(dòng)力損傷模型，對(duì)少筋混凝土橋墩在地震作用下的破壞全過程進(jìn)行分析，深入探討其破壞力學(xué)機(jī)理和失效演化過程，揭示其在地震中的真實(shí)工作性態(tài)。為準(zhǔn)確描述少筋

23、混凝土橋墩在地震作用下的倒塌過程，本課題擬通過連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、彈塑性力學(xué)、斷裂損傷力學(xué)的理論與方法，借助計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)，模擬少筋混凝土橋墩由開裂、屈服、混凝土剝落、縱筋拉斷一直到最終倒塌整個(gè)破壞過程中的高度非線性行為（主要包括混凝土的裂面效應(yīng)、鋼筋的粘結(jié)滑移、材料的應(yīng)力軟化等），提出地震作用下少筋混凝土鐵路橋墩的倒塌分析方法。22研究目標(biāo)本項(xiàng)目擬通過對(duì)少筋混凝土鐵路橋墩地震破壞機(jī)制的研究，探討其在地震作用下的破壞過程、破壞模式，損傷失效演化機(jī)理，分析其滯回性能和不同階段的破壞特征，揭示其在地震中的真實(shí)工作性態(tài)，并針對(duì)少筋混凝土鐵路橋墩，給出其抗震設(shè)計(jì)指標(biāo)和相關(guān)技術(shù)參數(shù)。23擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問

24、題本課題在研究中擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題有：研究剪跨比、長(zhǎng)細(xì)比、配筋率、配箍率等結(jié)構(gòu)參量對(duì)少筋混凝土橋墩抗震性能和地震破壞模式的影響作用，并提出上述結(jié)構(gòu)參量與少筋混凝土橋墩不同地震破壞模式之間的定量關(guān)系。研究多種截面形式對(duì)少筋混凝土橋墩地震破壞模式的影響作用，探討其影響規(guī)律。通過對(duì)剪跨比、長(zhǎng)細(xì)比、配筋率、配箍率等結(jié)構(gòu)參量進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出適用于少筋混凝土鐵路橋墩的抗震設(shè)計(jì)方法。研究少筋混凝土橋墩強(qiáng)度、剛度在反復(fù)荷載作用下的退化規(guī)律和滯回能耗散規(guī)律，給出Park-Ang雙參數(shù)地震損傷模型中適用于少筋混凝土橋墩的參數(shù)取值，提出地震累計(jì)損傷指標(biāo)，建立基于累積損傷的少筋混凝土橋墩地震破壞模型。在對(duì)混凝土動(dòng)態(tài)特

25、性深入研究的基礎(chǔ)上，研究基于應(yīng)變率影響下的混凝土損傷模型，建立少筋混凝土橋墩瞬時(shí)沖擊破壞模型。研究少筋混凝土鐵路橋墩倒塌過程中高度非線性行為的計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)，提出地震作用下少筋混凝土鐵路橋墩的倒塌分析方法。3. 擬采取的研究方案及可行性分析。（包括有關(guān)方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)手段、關(guān)鍵技術(shù)等說明）31 擬采取的研究方案1）收集、整理、研究國內(nèi)外成果本課題組在對(duì)少筋混凝土鐵路橋墩地震破壞機(jī)制進(jìn)行深入研究之前，首先要對(duì)鋼筋混凝土橋墩抗震性能、破壞機(jī)制、抗震設(shè)計(jì)方法、材料本構(gòu)關(guān)系和恢復(fù)力模型、構(gòu)件損傷指標(biāo)和失效破壞準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件倒塌分析等方面已有的國內(nèi)外研究成果作進(jìn)一步的收集、整理，通過對(duì)現(xiàn)有資料

26、的仔細(xì)調(diào)研，總結(jié)前人研究經(jīng)驗(yàn)，為本項(xiàng)目的深入研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2）理論研究從現(xiàn)有的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、彈塑性力學(xué)、斷裂損傷力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鐵路橋梁結(jié)構(gòu)等基本原理出發(fā)，從力學(xué)機(jī)理上探討少筋混凝土鐵路橋墩地震破壞模式、累積損傷破壞、瞬時(shí)沖擊破壞、失效演化機(jī)制，研究剪跨比、長(zhǎng)細(xì)比、配筋率、配箍率等結(jié)構(gòu)參量對(duì)少筋混凝土橋墩抗震性能和地震破壞模式的影響作用，并提出上述結(jié)構(gòu)參量與少筋混凝土橋墩不同地震破壞模式之間的定量關(guān)系，建立基于累積損傷和瞬時(shí)沖擊的少筋混凝土橋墩地震破壞模型，提出地震作用下少筋混凝土鐵路橋墩的倒塌分析方法，這些都需要進(jìn)行深入的理論研究。3）數(shù)值分析數(shù)值分析是本課題研究的重要手段。借助

27、有限元技術(shù)，采用數(shù)值計(jì)算方法一方面便于定量分析剪跨比、長(zhǎng)細(xì)比、配筋率、配箍率等多項(xiàng)結(jié)構(gòu)參量對(duì)少筋混凝土橋墩抗震性能與地震破壞模式的影響作用，另一方面還可以全面模擬橋墩在地震作用下由開裂、屈服、混凝土剝落、縱筋拉斷到倒塌的破壞過程，真實(shí)描述其損傷失效演化機(jī)制。4）試驗(yàn)研究本項(xiàng)目擬進(jìn)行下列試驗(yàn)研究：少筋混凝土鐵路橋墩的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)通過低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，研究少筋混凝土鐵路橋墩的抗震性能和地震破壞機(jī)制?？疾旒艨绫取㈤L(zhǎng)細(xì)比、配筋率、配箍率等多項(xiàng)結(jié)構(gòu)參量的影響作用，結(jié)合理論分析，研究截面形式對(duì)地震破壞模式的影響作用，總結(jié)少筋混凝土橋墩在反復(fù)荷載作用下強(qiáng)度、剛度退化和滯回能耗散的規(guī)律和揭示少筋混凝土鐵路橋墩的倒塌機(jī)理。32 可行性分析本項(xiàng)目是建立在對(duì)國內(nèi)外成果的總結(jié)分析基礎(chǔ)上，通過理論研究，數(shù)值分析，試驗(yàn)研究等方法，對(duì)少筋混凝土鐵路橋墩的地震破壞機(jī)制進(jìn)行研究，其研究方案是可行的。本項(xiàng)目組成員具有較好的研究工作積累，為完成本項(xiàng)目的研究工作奠定了基礎(chǔ)。北京交通大學(xué)土建學(xué)院結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室具有MTS擬動(dòng)力試驗(yàn)機(jī)、多臺(tái)高精度動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，前期已經(jīng)對(duì)少筋混凝土橋墩抗震性能進(jìn)行了部分試驗(yàn)，這一切都為本