钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土桥墩的抗震性能,对钢管混凝土桥墩和钢筋混凝土桥墩进行了拟静力对比试验研究。根据试件的破坏发展过程以及各试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了其滞回性能、耗能能力、延性、强度退化及刚度退化等抗震性能。试验结果表明,钢管混凝土桥墩的抗震性能明显好于钢筋混凝土桥墩。在含钢率和轴力相同的情况下,钢管混凝土桥墩的滞回曲线比钢筋混凝土桥墩丰满得多,前者的耗能能力约为后者的4.46倍,钢管混凝土桥墩的延性大于钢筋混凝土桥墩;随着轴压比的增大,钢管混凝土桥墩延性有所下降,强度退化加快,但对其刚度退化的影响不大。     

利用FRP材料的钢筋混凝土桥墩震后修复效果影响因素分析

为研究基于FRP材料的钢筋混凝土桥墩震后修复技术,以Seible等提出的基于FRP材料的桥墩抗震加固设计计算公式为基础,分析了填补材料、箍筋等因素对震后破坏桥墩修复效果的影响.提出以折减系数k表示箍筋震后抗剪承载力损失;采用高流动性早强混凝土作为填补材料时,混凝土强度应比原桥墩混凝土强度适当提高;为使修复后的钢筋混凝土桥墩承载力和延性得到较好地恢复,需考虑FRP用量及粘贴形式、桥墩纵筋、长细比、截面形式、轴压比等因素对修复效果的影响.     

基于OpenSees的钢筋混凝土桥墩拟静力试验数值分析

以4个呈弯曲破坏形态的圆形钢筋混凝土桥墩的拟静力试验结果为依据,基于OpenSees中的Beamwith Hinges Element单元,建立了相应的桥墩滞回分析纤维单元模型。由模拟结果与试验结果对比可知,所建立的纤维单元模型对桥墩的骨架曲线及滞回曲线都有良好的模拟效果,且能体现桥墩在反复加载过程中刚度、强度退化现象,表明了模型的有效性。     

基于OpenSees的钢筋混凝土桥墩抗震数值分析模型

地震荷载作用下钢筋混凝土桥墩易发生严重破坏,模拟桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁抗震研究的重要内容。以8个发生弯曲破坏的钢筋混凝土桥墩抗震拟静力试验结果为依据,基于Open Sees中的非线性梁柱单元、零长度转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元,建立了考虑弯曲、粘结滑移和剪切变形的桥墩抗震数值分析模型。将模拟得到的试件滞回曲线,墩顶弯曲、粘结滑移和剪切变形等成分、初始刚度和残余位移与试验结果进行了对比。结果表明,所建模型对各桥墩的滞回曲线、各变形成分、初始刚度和残余位移有较好的模拟效果。     

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(I):拟静力试验

通过拟静力试验研究了基于位移设计钢筋混凝土桥墩的抗震性能。利用基于位移抗震设计方法和桥梁抗震规范方法设计了各2根和1根1:2.5比例钢筋混凝土桥墩试件,对低周反复荷载作用下试件试验破坏形态、承载力、位移延性、滞回耗能、刚度退化等方面进行了比较分析,可以认为基于位移设计的钢筋混凝土桥墩能够达到预期的延性抗震要求,并且在相对耗能能力(与理想弹塑性模型相比)、刚度退化性能方面与现行规范抗震设计方法设计的桥墩相当。试验表明建议的钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法是实际可行的。     

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(Ⅰ):拟静力试验

通过拟静力试验研究了基于位移设计钢筋混凝土桥墩的抗震性能。利用基于位移抗震设计方法和桥梁抗震规范方法设计了各2根和1根1：2．5比例钢筋混凝土桥墩试件,对低周反复荷载作用下试件试验破坏形态、承载力、位移延性、滞回耗能、刚度退化等方面进行了比较分析,可以认为基于位移设计的钢筋混凝土桥墩能够达到预期的延性抗震要求,并且在相对耗能能力（与理想弹塑性模型相比）、刚度退化性能方面与现行规范抗震设计方法设计的桥墩相当。试验表明建议的钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法是实际可行的。     

配置HRB500高强钢筋混凝土受弯桥墩抗震性能

通过对7个混凝土桥墩试件进行低周往复加载试验,研究配置HRB500高强钢筋的混凝土桥墩的抗震性能。分析轴压比、纵筋强度、箍筋强度和箍筋间距对混凝土桥墩抗震性能的影响。研究结果表明:随着桥墩试件轴压比增加,试件的滞回特性降低,承载能力提高,但变形能力及延性性能降低;加密箍筋能够改善桥墩试件的滞回性能和减缓桥墩的刚度退化,提高桥墩的承载能力及变形能力和延性性能。配置高强钢筋的滞回特性、承载能力、变形能力和延性性能等抗震性能指标优于配置普通钢筋的试件,其中同时配置高强纵筋箍筋的桥墩试件抗震性能指标情况最优。     

摇摆-自复位桥墩的多弹簧模型建模方法研究

为探讨摇摆-自复位（Rocking Self-Centering,RSC）桥墩的滞回行为并为其数值建模提供依据,基于OpenSees地震分析平台发展此类结构的多弹簧模型并开展系统性讨论。结合RSC桥墩的构造特点发展多弹簧模型的整体建模思路,着重对比三种弹簧分布（基于Gauss积分和Lobatto积分的分布及均匀分布）模式下RSC桥墩的整体力-位移响应,对弹簧所需设置个数进行优化分析,并讨论了弹簧刚度的校准过程。最后,基于现有研究的5个RSC桥墩试件的试验结果,通过对比滞回曲线,发现所建议的模拟方法可较为准确地模拟RSC桥墩在拟静力荷载下的刚度、强度、滞回行为及残余位移。     

型钢混凝土柱恢复力模型试验研究

开展了6个1/2比例的型钢混凝土(SRC)框架柱试件的低周反复加载试验.重点考虑轴压力系数和配箍特征值对型钢混凝土柱变形性能和滞回特征的影响.在试验研究基础上,分析了滞回曲线特征,并确定了恢复力模型的滞回规则.通过对试验结果的回归分析确定了卸载刚度和反复加载下的强度退化率,主要考虑参数包括位移延性比和轴压力系数.恢复力模型的骨架曲线由弹性段、强化段和强度退化段组成三线形骨架曲线.骨架曲线采用基于截面条带法和按实验数据的统计回归分析方法确定,其强化段和强度退化段均考虑了轴压力系数的影响.从而建立了能够考虑轴压力系数对滞回特性影响的型钢混凝土柱剪力-侧移恢复力模型.     

连梁刚度折减系数对剪力墙结构的影响研究

剪力墙结构在进行地震计算时,按照相关规范要求连梁的刚度可折减,折减方式的不同对剪力墙结构整体刚度和构件内力等结果影响较大。设计人员通常给定全楼统一的连梁刚度折减系数,这种简化做法会导致结构刚度和构件受力与实际不符。本文对9栋典型剪力墙结构进行了非线性分析,研究了连梁刚度折减系数对剪力墙结构整体指标和构件内力的影响,并给出了剪力墙结构设计时连梁刚度折减系数的确定方法建议。     

Seismic retrofitting of reinforced concrete frame structures using GFRP-tube-confined-concrete composite braces

This paper presents a new type of structural bracing intended for seismic retrofitting use in framed structures. This special composite brace,termed glass-fiber-reinforced-polymer(GFRP)-tube-confined-concrete composite brace,is comprised of concrete confined by a GFRP tube and an inner steel core for energy dissipation.Together with a contribution from the GFRP-tube confined concrete,the composite brace shows a substantially increased stiffness to control story drift, which is often a preferred feature in seismic retrofitting.An analysis model is established and implemented in a general finite element analysis program-OpenSees,for simulating the load-displacement behavior of the composite brace.Using this model,a parametric study of the hysteretic behavior(energy dissipation,stiffness,ductility and strength)of the composite brace was conducted under static cyclic loading and it was found that the area ratio of steel core to concrete has the greatest influence among all the parameters considered.To demonstrate the application of the composite brace in seismic retrofitting, a three-story nonductile reinforced concrete(RC)frame structure was retrofitted with the composite braces.Pushover analysis and nonlinear time-history analyses of the retrofitted RC frame structure was performed by employing a suite of 20 strong ground motion earthquake records.The analysis results show that the composite braces can effectively reduce the peak seismic responses of the RC frame structure without significantly increasing the base shear demand.     

Energy dissipation models for RC members and structures

The unloading parameters of hysteretic models for RC members are given in terms of their shear-span-to-depth ratio and the viscous damping used to model other energy dissipation sources. They reflect the energy dissipation in full post-yield load cycles in 534 tests of rectangular or circular members. Pre-yield hysteretic energy dissipation—ignored if the model is elastic till yielding—amounts in the tests to a mean viscous damping around 8.5% and can be considered in nonlinear response-history analysis through a new model which combines constant elastic stiffness in virgin loading with hysteretic energy dissipation both before and after yielding. Models with linear behavior till yielding and hysteretic energy dissipation only after it come closer to the results of the new model if viscous damping is 5%.     

钢筋混凝土剪力墙结构基于自平衡力的非线性地震反应分析

本文简要评述了现有钢筋混凝土剪力墙的非线性分析模型，着重介绍了多竖线单元模型，并对其竖向单元的轴向刚度和水平弹簧的剪切刚度分别建议了改进的滞变模型，最后将基于自平衡力的非线性动力反应分析方法应用于求解剪力墙结构的非线性地震反应，并用传统分析方法对其结果进行了检验，表明该分析方法计算简便，而且是有效和可靠的。     

三层单排配筋剪力墙结构抗震性能试验研究

为了对双排配筋剪力墙和单排配筋剪力墙的抗震性能进行对比研究,本文设计了1个1／3缩尺的三层混凝土剪力墙结构模型,模型的一侧墙体为双向双排配筋,另一侧墙体为双向单排配筋。对其进行了低周反复荷载下的抗震性能试验研究,分析了其承载力、延性、刚度及其退化过程、滞回特性、耗能能力和破坏特征。研究表明：在墙体的配筋率相同情况下,由于单排配筋墙体钢筋的间距相对于双排配筋墙体钢筋间距小,其首先约束混凝土裂缝的几率更大,其平面内的抗震性能优于双排配筋剪力墙;由于剪力墙的翼缘和腹板共同工作,单排配筋剪力墙平面外的性能也可满足多层剪力墙结构设计的要求。     

配置自复位耗能跨低多层钢框架体系的能量系数

利用超弹性SMA螺栓梁柱节点的耗能能力和自复位特性,将其引入到耗能跨而构建"自复位耗能跨",基于既有的节点试验研究结果对结构体系的滞回性能进行了探讨。在此基础上,以具有旗形滞回特征的单自由度体系为工具,对配置自复位耗能跨低多层钢框架体系的能量系数进行推导。能量系数可以合理量化具有旗形滞回规则结构的峰值响应需求,能量系数越低,表明地震动下结构的峰值响应越低。为了阐明滞回参数对能量系数的影响,对具有不同滞回参数组合可代表低多层结构的等效SDOF体系进行了非线性动力分析,参数组合包括周期、屈服后刚度比、延性系数及能量比。同时对能量系数的离散性也进行了分析。结果表明:能量系数及能量系数的离散性受结构周期、屈服后刚度比及延性系数影响较大,受能量比的影响较小。     

精细化纤维梁柱单元模拟分析平台FENAP的开发

为精细化模拟桥梁结构的非线性行为,在深入分析纤维梁柱单元模型原理的基础上,本文基于ABAQUS建立了钢筋混凝土精细化纤维梁柱单元模拟平台FENAP,开发了与其相适应的材料模型库FENAP/MAT,涵盖了多种材料本构模型,能够有效考虑构件的刚度退化和强度退化等损伤效应,以及模拟轴力和弯矩的多维耦合效应等复杂非线性动力行为,且可考虑箍筋对混凝土的约束作用等。利用该FENAP平台数值模拟了一个钢筋混凝土矩形截面悬臂梁,进行了Pushover分析,考虑了箍筋对核心混凝土约束效应的影响,并与OpenSEES的计算结果进行对比。结果表明:FENAP平台可有效模拟桥梁构件的多种复杂非线性行为,且具有很好的计算效率和求解精度。     

An effective simplified model of composite compression struts for partially-restrained steel frame with reinforced concrete infill walls

To resolve the issue regarding inaccurate prediction of the hysteretic behavior by micro-based numerical analysis for partially-restrained(PR)steel frames with solid reinforced concrete(RC)infill walls,an innovative simplified model of composite compression struts is proposed on the basis of experimental observation on the cracking distribution,load transferring mechanism,and failure modes of RC infill walls filled in PR steel frame.The proposed composite compression struts model for the solid RC infill walls is composed ofαinclined struts and main diagonal struts.Theαinclined struts are used to reflect the part of the lateral force resisted by shear connectors along the frame-wall interface,while the main diagonal struts are introduced to take into account the rest of the lateral force transferred along the diagonal direction due to the complicated interaction between the steel frame and RC infill walls.This study derives appropriate formulas for the effective widths of theαinclined strut and main diagonal strut,respectively.An example of PR steel frame with RC infill walls simulating simulated by the composite inclined compression struts model is illustrated.The maximum lateral strength and the hysteresis curve shape obtained from the proposed composite strut model are in good agreement with those from the test results,and the backbone curve of a PR steel frame with RC infill walls can be predicted precisely when the inter-story drift is within 1%.This simplified model can also predict the structural stiffness and the equivalent viscous damping ratio well when the inter-story drift ratio exceeds 0.5%.     

基于OpenSees平台的钢管混凝土结构力学性能数值模拟

基于非线性纤维梁-柱单元理论,以OpenSees为求解平台分别进行了钢管混凝土结构滞回曲线计算和弹塑性动力时程分析等数值模拟,计算结果与试验吻合良好。钢管内核心混凝土采用考虑钢管约束效应的应力—应变关系,钢材采用随动强化本构模型。在传统纤维模型法的基础上,通过直接在截面层次定义非线性剪切恢复力的方法建立了考虑非线性剪切效应的剪力墙结构数值模型,结果表明该模型能较好地模拟组合剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应以及刚度退化等力学性能。对输入不同地震波下钢管混凝土框架体系的动力时程分析表明,基于OpenSees求解平台的非线性纤维模型法能够较好地模拟钢管混凝土框架结构的非线性动力特性。     

局部锈蚀矩形RC墩重度震损后加固试验研究

为探究局部锈蚀矩形截面钢筋混凝土（RC）桥墩重度震损加固后的抗震性能,本文对拟静力破坏后的6个矩形截面RC桥墩试件进行扩大截面加固。通过加载试验,对加固桥墩试件从破坏形态、滞回特性、水平承载力、位移延性、侧向刚度以及耗能等方面进行了系统分析。结果表明:相比于普通箍筋,横向施加预应力的改进扩大截面加固方式对破坏后桥墩试件的抗震性能修复成效更佳;在同等位移幅值下,锈蚀率不断增大,桥墩试件抗震性能呈现逐渐降低的趋势;钢筋锈蚀位置上移,加固后桥墩试件的抗震性能提升;轴压比加大,加固后桥墩试件承载力和侧向刚度增大,但延性降低。     

双向单排配筋混凝土低矮剪力墙抗震性能试验研究

双向单排配筋混凝土低矮剪力墙适用于多层住宅结构。对4个原型的剪跨比为1.0配筋混凝土低矮剪力墙进行了低周反复荷载试验研究,包括1个双向双排配筋混凝土低矮剪力墙和3个双向单排配筋混凝土低矮剪力墙。其中1个双向单排配筋混凝土低矮剪力墙加设暗支撑,用以研究暗支撑对这种新型墙体的作用。在试验研究的基础上,对比分析了各剪力墙的刚度及其衰减过程、承载力、延性、滞回特征、耗能能力及破坏特征。试验表明,经过合理设计,这种双向单排配筋混凝土低矮剪力墙可以满足多层住宅结构抗震要求。