SRP 加固预制节段拼装桥墩在车辆撞击下的动态响应

为了减轻车辆对预制节段拼装桥墩的撞击作用,采用高强钢丝织物复合材料（Steel Reinforced Polymer,SRP）加固预制节段拼装桥墩并进行数值模拟与分析。使用 LS?DYNA 建立预制节段拼装桥墩受冲击的数值模型,并与已有实验数据对比,验证了该数值模拟方法的准确性。在相同车辆撞击条件下,对比分析了 RC 墩与 SRP 加固墩撞击力时程曲线、侧向位移和墩身损坏情况。以 SRP 加固位置、SRP 包裹层数和初始预应力水平为变量,研究其对车辆?桥墩接触面撞击力和桥墩变形的影响规律。研究结果表明：采用 SRP 对预制节段拼装桥墩进行合理加固,可以有效减小接触面撞击力、墩身位移和桥墩损伤;在桥墩底部及接缝处采用 SRP 加固对墩身具有更好的保护作用;SRP 包裹层数由 1 层增加到 3 层可以更好地限制墩身位移变形。     

干接缝节段拼装桥墩拟静力试验研究

摘要：为了比较节段拼装桥墩与整体现浇桥墩之间抗震性能的差异,以是否存在预应力钢筋、不同施工方法、预应力筋的位置和粘结状态、是否存在耗能钢筋等为试验参数,设计了一个包含五种不同构造类型混凝土桥墩的试验方案。采用拟静力试验方法比较分析了这五种不同构造类型混凝土桥墩的破坏形态、易损部位、荷载位移滞回曲线、节段拼装桥墩接缝的开展、拟静力残余位移、曲率分布、耗能能力、粘滞阻尼比等,得到了三种节段拼装桥墩、整体现浇钢筋混凝土桥墩和预应力混凝土桥墩之间拟静力行为的异同。试验结果表明：节段拼装桥墩在循环荷载作用下发生接缝的交替开闭,曲率变化集中在接缝附近,没有发生整体现浇混凝土桥墩通常出现的塑性铰现象。耗能钢筋的存在可以延缓接缝的张开,增加构件的极限弯矩和耗能能力,从而有利于增加抗震能力;采用无粘结预应力钢筋和有粘结预应力钢筋连接的节段拼装桥墩的拟静力残余位移比较小,而采用耗能钢筋的节段拼装桥墩的拟静力残余位移较大,基本上与整体现浇桥墩的拟静力残余位移相近。     

干接缝节段拼装桥墩集中塑性铰模型的地震响应分析

针对节段拼装桥墩的构造特点,采用集中塑性铰分析方法对节段拼装桥墩进行了循环荷载分析和非线性时程分析。首先编制了五种不同类型桥墩的截面弯距曲率分析程序,然后根据试验结果确定各种桥墩的加卸载规律,最后采用集中塑性铰方法进行了各种桥墩模型试件在各个试验工况下的拟静力荷载位移滞回曲线、非线性时程激励下的墩顶最大位移等地震反应规律的比较。与试验结果的分析比较表明:集中塑性铰分析方法是分析节段拼装桥墩抗震性能的有效分析方法。     

预制桥墩体系抗震性能研究进展:新材料、新理念、新应用

预制桥墩体系具有快速施工优势,在非震区、低烈度区中已得到较广泛应用,但因对其抗震性能缺乏充分认识,导致预制桥墩体系在中高烈度区的应用受到限制。该文根据抗震性能的不同,将预制桥墩体系分为“等同现浇”和“非等同现浇”两类,其中“等同现浇”预制桥墩又按照连接形式的不同分为套筒灌浆连接、波纹管灌浆连接、预留槽孔的灌浆连接、承插式连接、现浇湿接缝连接;“非等同现浇”预制桥墩按照有无专门耗能装置可分为两类;系统梳理了每种类型预制桥墩抗震性能的研究现状及典型工程应用。该文重点报道了超高性能混凝土、纤维增强复合材料和形状记忆合金3种高性能材料用于提高预制桥墩抗震性能的研究现状,指出了3种高性能材料用于预制桥墩体系中的合理方式。该文总结出将韧性抗震理念融入预制桥墩体系的两种方法:外置可更换耗能装置和内置机械连接的耗能钢筋,并对采用这两种方法的预制桥墩抗震性能研究现状进行了介绍。基于对预制桥墩体系抗震性能研究成果的整理,作者介绍了预制桥墩体系在更高抗震需求、更高刚度需求、更高使用寿命需求、更高环境保护需求4类桥梁中的应用前景,并指出了这些新应用可能带来的新课题。     

基于JC法的近场地震作用下钢筋混凝土高墩塑性铰形成概率分析

为研究近场地震动作用下钢筋混凝土(RC)高墩塑性铰形成概率。以高度为90 m的某RC高墩为研究对象,首先采用支持向量机算法预测截面等效屈服曲率;然后考虑墩身参数和近场地震动的随机性,采用OpenSees建立高墩模型,并进行增量动力非线性分析;最后以等效屈服曲率为临界指标,采用JC法对截面动力响应当量正态化后,计算分析截面塑性铰形成概率。研究结果表明:RC高墩截面顺桥向和横桥向等效屈服曲率均具有明显的离散性且服从正态分布;顺桥向近场地震作用下,墩底和墩身中部区域塑性铰形成概率均较大并形成塑性铰,且墩身中部塑性铰长度达31.7 m,比只考虑地震动随机性确定的塑性铰区域长度大84.3%,而横桥向仅墩底区域塑性铰形成概率较大且与只考虑地震动随机性确定的塑性铰区域长度基本一致。塑性铰形成概率分析法,可以更加准确地对RC高墩的塑性铰形成和分布做出评估。     

铁路自复位高墩的高阶模态贡献研究

针对高阶模态对自复位桥墩的影响,以某铁路58m高墩为例,基于OpenSEES建立自复位高墩地震反应模型。输入近场地震动强震记录,通过增量动力分析得出了墩身塑性铰的形成及发展规律。基于模态分解法讨论了前3阶模态对墩身弯矩和墩顶位移的影响,引入一种定量指标评价了各阶模态反应的贡献。结果表明:在近场地震作用下,自复位高墩墩底提离后只会减小第1阶模态响应对墩身的作用,使墩底不出现塑性铰;受高阶模态地震响应的影响,墩身中部仍会出现塑性铰区,墩底提离不能消除高阶模态的作用。     

外置可更换耗能器的预制拼装自复位桥墩抗震性能试验研究

基于抗震韧性设计理念,结合装配式结构技术,发展了具有外置可更换耗能器的自复位预制拼装桥墩结构。开展了两组自复位预制拼装桥墩模型结构的拟静力往复加载试验研究。介绍了往复加载过程中自复位预制拼装桥墩的受力行为及损伤过程,分析了其力-位移滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、预应力筋张拉力变化、残余位移、接缝开口、墩底受压区高度等抗震性能。结果表明:外置耗能部件具有良好的可更换性和耗能能力,更换前后桥墩的抗震性能基本一致。自复位桥墩力-位移滞回曲线呈现出明显的"旗帜"型形态,残余位移较小,具有良好的自复位能力。随墩顶水平位移增加,墩柱内轴向预应力筋张拉力基本呈线性增加,更换耗能器后预应力筋的预应力损失减小。墩底外包钢管有效地抑制了局部混凝土压溃,钢管没有出现局部外鼓等损伤破坏。     

墩身惯性力对墩底地震剪力的影响及计算方法EI北大核心CSCD

为探究考虑墩身地震惯性力贡献的墩底剪力简化计算方法,以某铁路简支梁桥为研究对象建立三维有限元模型,在分析了墩身质量对结构动力特性影响基础上,通过非线性时程分析方法研究了不同墩高、场地类型以及地震动峰值加速度(PGA)下墩身惯性力在桥墩地震剪力中的贡献比例,给出墩身惯性力在计算墩底地震剪力时不可忽略的判别条件;并采用模态Pushover分析法对墩底剪力进行简化计算,对结果的准确性加以验证。结果表明:桥墩进入塑性后,墩身惯性力对墩底剪力的贡献比例受场地类别影响小,主要影响因素为墩高,当墩高小于20 m时,可不考虑墩身惯性力作用,而采用能力保护设计理念计算墩底剪力;但当墩高大于20 m后,不应忽略桥墩自身的惯性力贡献,可按所提出的一阶模态Pushover方法简化计算墩底剪力。     

钢筋混凝土箱型墩延性抗震性能研究

为了研究钢筋混凝土箱型墩延性抗震性能,以14个箱型墩的双向拟静力试验和双向荷载作用的箱型截面弯矩曲率分析为基础,讨论了双向荷载作用的箱型墩等效塑性铰长度计算公式和极限位移计算方法。结果表明：高宽比越大的钢筋混凝土箱型墩塑性破坏区范围越大,极限曲率显著降低。计算屈服位移和极限位移与实测值接近,极限位移的计算方法可用于箱型墩的延性抗震性能分析。     

部分埋置核心钢管组合桥墩抗震性能试验研究

为研究墩身内部分埋置核心钢管组合桥墩的抗震性能,考虑核心钢管埋置长度、规格以及轴压比和配箍率4个参数,设计了8个剪跨比λ=3.0的圆形截面桥墩试件进行拟静力试验。通过试验揭示此类桥墩的破坏机理,并分析各参数变化对墩身水平承载力、变形能力和强度衰减的影响规律。结果表明:受钢管埋置长度和规格大小的影响,部分埋置核心钢管组合桥墩呈现出墩身中部剪切、墩身中部弯曲和墩底区域弯曲破坏三种失效模式;随钢管埋置长度的增加,墩身的水平承载力逐渐提高,但变形能力则先增后减;增大配箍率或降低轴压比可改善此类桥墩的变形能力并提高其强度衰减的稳定性。最后,在分析此类桥墩受力特性的基础上,通过构造等效剪跨比的表达式,给出了其水平承载力的实用计算方法。     

预制ECC管混凝土桥墩拟静力试验研究

该文提出了一种以预制ECC管作为浇筑模板的ECC管混凝土桥墩。为研究该桥墩抗震性能,设计并制作了1个普通钢筋混凝土桥墩试件(RC)和3个预制ECC管混凝土桥墩试件(ECC1~ECC3),其中:试件ECC1为基准试件;试件ECC2在加载过程中减小了轴压比;试件ECC3在塑性铰区预制ECC管内浇筑了ECC。通过拟静力试验得到了上述试件的开裂过程、破坏形态以及水平力-位移滞回曲线等试验结果。通过分析各试件极限承载能力、累计耗能、延性系数、刚度退化以及残余位移等抗震性能指标,对比了预制ECC管混凝土桥墩与普通钢筋混凝土桥墩抗震性能的差别,得到了轴压比和塑性铰区截面形式对预制ECC管混凝土桥墩抗震性能的影响。研究结果表明:墩身外侧ECC管有效防止了塑性铰区混凝土剥落后钢筋屈曲,明显改善了桥墩破坏形态,提升了桥墩变形能力,降低了桥墩的损伤程度;与普通钢筋混凝土桥墩相比,预制ECC管混凝土桥墩的滞回曲线更加饱满,累计滞回耗能更大,具有更好的耗能能力,其峰值荷载和延性系数分别比普通钢筋混凝土桥墩的高出了16.66%和42.15%;对于ECC管混凝土桥墩,当轴压比降低后,ECC管壁出现的裂缝数量减少,其耗能和承载力降低,但延性变形能力增强,刚度退化也有所减缓;塑性铰区采用全截面ECC,即在ECC管内浇筑ECC,能提升预制ECC管混凝土桥墩的耗能能力、承载能力和延性变形能力,但裂缝的发展和分布几乎没影响。     

钢筋套筒挤压连接的预制RC柱抗震性能试验研究

为研究纵筋套筒挤压连接的预制柱抗震性能,完成了7个配箍特征值0.15~0.187、轴压比0.65~0.80、截面尺寸500 mm×500 mm的钢筋混凝土预制柱试件及1个用于对比的现浇柱试件的拟静力试验。结果表明,套筒挤压连接能够有效传递钢筋的拉、压力,预制柱试件与现浇柱试件的破坏过程、破坏形态基本相同,预制柱试件的水平力-位移滞回曲线饱满,偏心受压承载力试验值为计算值的1.26倍~1.42倍,极限位移角为1/42~1/26,抗震性能满足规范要求。套筒挤压连接可用于抗震设计的钢筋混凝土柱的纵向钢筋连接。     

分段SFC预制壳壁抗震加固RC墩柱的效能研究

针对国内外强震作用下钢筋混凝土桥梁RC桥墩震损普遍存在的问题,在消化和吸收国内外已有RC墩柱抗震加固成果的基础上,研制开发一种了新型RC墩柱抗震加固措施-RC墩柱塑性铰区域外包分段钢纤维混凝土(Steel Fiber Concrete,SFC)预制壳壁,选取实际桥梁中的RC桥墩为原型,通过加固前后模型RC桥墩伪静力对比试验研究,校验这种新型RC墩柱抗震加固措施的有效性,试验结果表明新型RC墩柱抗震加固措施能在不改变RC桥墩塑性铰位置的前提下实现承载力和耗能能力的提高。此外,选取不同场地条件下的典型地震动,进行实验RC墩柱加固前后的非线性地震时程反应对比分析,进一步验证新型抗震加固措施的加固效能。     

FRP布加固混凝土框架子结构抗连续倒塌的精细有限元分析EI北大核心CSCD

外贴FRP布加固是一种有效提高既有建筑抗连续倒塌性能的手段,但现有FRP布加固方式存在降低结构抗震性能、加固施工不便等缺点。该文采用数值模拟方法分析了FRP布加固方式对现浇和装配式混凝土框架子结构抗连续倒塌与抗震性能的影响,并开展了优化方案研究。基于通用有限元软件LS-DYNA建立了FRP布加固混凝土框架子结构的连续倒塌精细数值模型,其中混凝土、钢筋与FRP布分别采用实体、梁与壳单元进行模拟,考虑了FRP布和钢筋的滑移、新旧混凝土界面的粘结失效和机械套筒处的钢筋截面损失。试验验证表明该方法可准确模拟试验试件的破坏模式和承载力发展。分析试验试件的不同粘贴方案结果发现:对现浇混凝土子结构,梁底与梁侧中性轴粘贴纵向FRP布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布后,小变形下的结构倒塌抗力提升有限(最大仅2.6%)、基本不影响结构抗震性能,而对大变形下的结构倒塌抗力提升幅度可达49.5%;对于装配式混凝土子结构,在梁底、梁顶与梁侧底部外贴纵向布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布可将小变形和大变形下的结构抗力最大提升24.2%和48.1%,使得装配式子结构在小变形下受力等同现浇结构,提升了原装配式子结构的抗震性能。对上述最优方案进一步的分析表明:保持FRP布用量不变而将塑性铰区内U形横向FRP布的分布范围和条数增加可提高大变形下的结构倒塌抗力,而不影响小变形下的加固效果。     

PCF-MDC体系技术方案及抗震性能试验研究

围绕预制装配式混凝土框架金属消能减震连接体系（PCF-MDC）的关键技术问题,提出2种金属阻尼器、1套可拆卸型连接方案和金属阻尼器设计方法。为验证阻尼器设计方法及连接方案的可行性并研究该体系的抗震性能,设计并制作了“等同现浇”的“湿”框架（PCF）节点、采用狗骨阻尼器（PCF-DB）和双弯曲板阻尼器（PCF-DP）的PCF-MDC节点。通过拟静力试验,对比其破坏形态、滞回性能、承载性能、耗能特性等差异。试验结果表明:PCF-MDC节点的承载力均达到预期设计值,采用双弯曲板阻尼器的PCF-DP节点承载性能更优,安全储备更足;PCF-MDC节点的耗能特性和抗震性能优于“等同现浇”的PCF节点;连接方案能可靠的传递金属阻尼器与预制构件间的内力。金属阻尼器先于预制构件屈服形成的梁铰耗能机制合理有效,且具备“集中损伤”特性,为震后更换阻尼器实现结构功能恢复提供了有利条件。     

连续梁桥锁死销减震机理及影响参数研究

连续梁桥为满足温度荷载引起的变形需求,一般只设一个固定墩,这致使在地震作用下上部结构的纵向地震荷载只由固定墩承担,这极易引起固定墩和伸缩缝破坏,甚至造成引桥落梁。针对这一问题,提出利用滑动墩的抗震潜能,协同固定墩共同承受地震作用的思想,研发了一种以地震动加速度激活的锁死销装置,通过在墩梁间设置锁死销实现在地震时限制滑动墩和梁体的相对位移,使滑动墩和固定墩协同受力,减小结构的整体地震响应,并以具体工程为例,分析了锁死销的减震原理及其参数对减震效果的影响。研究表明,在滑动墩上设置锁死销可以有效地减小固定墩和梁体的纵向地震响应,明显提高连续梁桥的整体抗震性能;其减震效果受锁死销加速度激活阀值和锁死间隙等参数影响较大。     

装配式可更换耗能铰滞回性能试验研究

提出一种可恢复功能装配式节点,由可更换耗能铰、约束节点核心区、预制梁柱等组成。可更换耗能铰为人工塑性铰,其滞回性能是装配式节点抗震性能的关键影响因素。将可更换耗能铰设置在装配式节点的预制梁与节点核心区外伸梁端之间,对其进行低周往复荷载作用下的滞回性能试验。在该试验的基础上仅更换耗能铰中破坏的金属阻尼器,进行第二次试验。考察可更换耗能铰的破坏模态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、能量耗散能力等抗震性能。通过两次试验的对比分析,揭示可更换耗能铰抗震性能的可恢复能力。结果表明:可更换耗能铰弯矩-转角滞回曲线饱满,转动能力与耗能能力强,延性良好,强度退化不明显;可更换耗能铰实现了装配式节点的损伤、破坏集中在耗能铰上,耗能铰耗散的能量占装配式节点耗散总能量的70%以上;两次试验中可更换耗能铰的各项抗震性能基本一致,说明更换破坏的金属阻尼器后,耗能铰抗震性能基本可恢复。     

带剪切连梁的双柱式桥墩抗震性能分析方法与试验验证

在带剪切连梁的双柱式桥墩拟静力试验研究基础上,该文建立了带剪切连梁的双柱式桥墩的集中塑性铰和纤维单元分析方法并进行了抗震性能分析,比较分析了各模型的墩柱剪力-位移滞回曲线及其骨架曲线与耗能能力、剪切连梁滞回曲线及其耗能能力等性能参数。结果表明:采用集中塑性铰和纤维单元分析方法预测的抗震性能与试验结果吻合较好,且两种分析方法能合理反映桥墩最大荷载后的强度下降、刚度退化和耗能水平下降等现象,表明该方法是分析带剪切连梁的双柱式桥墩抗震性能的有效可靠方法。