HRBF500级钢筋混凝土桩头低周疲劳性能研究

摘要

桩基础作为铁路桥梁中的主要基础形式，被广泛应用于高速铁路建设中。由于桩基础的隐蔽性，其损坏修复极为困难而且耗资巨大，因此桩基础在地震多发区抵抗多遇地震和罕遇地震的能力也越来越受到重视。HRBF500级高强钢筋(即超细晶粒500MPa钢筋)不仅具有高屈服平台，而且保持了应有的塑性和韧性，能够很大程度上节省钢材用量，具有明显的社会效益和经济效益。HRBF500级高强钢筋应用于混凝土桩头构件的低周疲劳性能，即其在不同地震作用下损伤发育和积累情况还鲜有研究。基于此，本文采用试验研究、有限元模拟和理论分析相结合的方法对HRBF500级钢筋混凝土桩头低周疲劳性能展开研究。本文的研究内容如下：
　　为研究桩头本身的低周疲劳性能，分别进行了3个试件标准变幅加载试验和4个试件等幅疲劳加载试验。根据高速铁路桥梁桩头原型构件进行试件设计，试件使用的材料特性与原型构件保持一致，尺寸的缩尺比例为4:1。标准变幅加载试验考察试件在不同位移幅值下的受力特征及滞回特性，得到基本试件骨架曲线、屈服荷载、屈服位移、极限荷载、极限位移等特性；等幅疲劳加载试验通过等位移幅值往复加载作用，分析试件的积累滞回耗能和试件耗能能力的变化，以及试件强度和刚度随着疲劳荷载作用次数的积累而不断衰减的特征。
　　通过有限元软件对标准变幅加载试验试件进行了分析，模拟分析结果包括荷载.位移曲线、骨架曲线等。有限元模型中考虑了往复荷载作用下混凝土的损伤以及刚度和强度退化，计算结果与试验结果符合较好。在此基础上，分析了配筋率、配箍率、轴压比、混凝土强度等对于骨架曲线的影响，为研究此类构件的工作机理奠定了重要基础。
　　利用本次试验的数据对经典Ang-Park损伤模型和郑济坤改进的损伤模型进行验证，探讨其存在的不足和原因。最后，基于经典损伤模型提出了一种改进的双参数损伤模型，引入疲劳寿命来计算积累能量耗散，物理意义明确，计算方法简单；并采用此模型对试验构件进行了对比分析，得出在强度提高的前提下，HRBF500钢筋混凝土构件的损伤指数随疲劳寿命的积累过程与普通钢筋混凝土基本相同。