装配式预应力混凝土双柱桥墩抗震性能研究进展

装配式预应力混凝土双柱桥墩是一种在上世纪铁路桥梁中广泛应用的一种桥墩形式.随着城市高架、跨海大桥、高速铁路等工程的不断新建,需要继续采用这种具有突出优点的桥墩方案.但是对于装配式双柱墩的设计及其抗震性能,目前仍然缺乏系统的研究.这已成为困扰桥梁设计工程师和业主的技术难题,从而限制了装配式双柱墩在我国桥梁建设中的应用.为了解决此技术难题,本文对目前的研究现状进行了剖析,并对进一步的研究思路和研究内容进行了详细分析.在此基础上进行的研究将为装配式双柱墩在我国的推广应用提供可靠的基础研究资料.     

地震序列下落梁震害的防灾设计分析

地震的发生具有丛集的特征,主震发生之后通常伴随余震,主震震级越高其余震震级亦越高,对结构的破坏越大.桥梁结构作为重要交通枢纽工程,其在整个地震序列发生时应能确保通行.为得到桥梁结构在地震系列作用下的响应,选用集集地震序列对桥梁进行地震响应分析,结果显示结构在主震作用下发生落座,余震时有发生落梁的可能,对结构设置连梁装置,验证其在地震序列中的防落梁效果.结果显示连梁装置可有效减小桥梁上、下部结构相对位移,同时可提高结构整体性,使各桥墩平均分配地震力,并能在地震序列中有效防止落梁震害的发生.     

地震序列作用下桥梁结构的响应及抗震措施

地震具有丛集的特征,主震发生之后通常伴随余震,主震震级越高,余震对结构的破坏越大。桥梁结构作为生命线工程中的重要一环,应在整个地震序列发生时确保通行。选用集集地震序列时程数据,对桥梁进行地震响应分析,发现结构在主震作用下,主梁发生落座,余震作用下有落梁的可能。结合国内外现有的连梁装置设计方法对结构布设抗震措施,并与初始结构的地震响应作对比,结果显示,连梁装置可有效抑制桥梁上、下部结构相对位移,提高结构抗推能力与整体性。因边墩负荷增大,主震激励下边墩发生了塑性破坏,余震序列作用下结构仍保安全。分析结构地震序列作用下的抗震性能,以保证结构在地震时的通行能力,这是非常必要的。     

考虑基础提离与塑性的桥墩地震反应

浅平基桥墩在承受强震作用时,其基础与地基之间会发生提离,地基土会进入塑性状态.精确模拟上述两个问题是非常困难的.本文分析中地基采用了能考虑基础提离及地基塑性的弹塑性Winkler地基模型,采用1940年El Centro(NS)地震记录作为输入,对三个不同高度的双柱式浅平基桥墩进行了非线性时程分析.研究结果表明,基础提离和地基塑性对双柱式桥墩的地震反应有很大影响.考虑地基非线性后,墩顶位移增大,剪力减小,对保护桥墩减小震害是有利的.     

波浪作用对单柱式桥墩地震反应特性的影响

以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑波浪作用影响的单柱式桥墩-桩-土体系非线性地震反应分析二维有限元模型,土体以四节点实体单元离散,采用土体粘塑性记忆型嵌套面本构模型描述土的动力特性;桥墩以及桩以两节点梁单元离散,采用动塑性损伤模型描述混凝土的动力特性;根据Stokes五阶波浪理论,将基于Morison公式计算所得的波浪力以分布力的形式施加于桥墩之上,比较了静水条件下和考虑波浪作用时不同地震动激励下单柱式桥墩结构的地震反应特性,结果表明:波浪作用的影响使桥墩墩身相对墩底的位移反应、桥墩墩底的剪力和弯矩反应有较明显的增大,但对桥墩墩身加速度反应的影响可忽略不计,波浪作用影响的大小与输入地震动特性有关.在单柱式桥墩的抗震设计中考虑波浪作用的影响是必要的。     

汶川8.0级地震绵竹市桥梁震害分析

汶川8.0级地震中桥梁破坏严重,根据现场调查资料对绵竹市公路桥梁的震害进行了分析。首先介绍了绵竹市地质地貌、烈度分布与桥梁的概况,然后对绵竹市桥梁震害进行统计和分析,介绍了几个典型的桥梁震害,最后给出结论和建议。     

静载试验在既有桥梁鉴定中的应用

通过四种工况情况下的桥梁静载荷试验,测定了桥梁应变、挠度值,对既有桥梁的结构强度、刚度进行了分析,对桥梁的承载能力做了鉴定.     

考虑动水压力影响的单柱式桥墩地震反应分析

在Morison方程的基础上,用附加水质量法考虑动水压力对桥墩的影响,以单柱式桥墩为研究对象,以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑桩-土动力相互作用的单柱式桥墩地震反应分析模型,考虑土体和桥墩混凝土的动力非线性特征,分析了地震动作用下动水压力对单柱式桥墩的墩顶相对墩底位移、加速度、剪力和弯矩反应的影响,并探讨了水位对单柱式桥墩地震反应特性的影响。结果表明:动水压力改变桥墩的地震反应特性,增大了桥墩顶部相对底部的位移、墩顶绝对加速度和墩底的内力,水位变化影响桥墩的地震反应特性。对于深水桥墩抗震设计计算,考虑动水压力效应、水位变化是有必要的。     

外包钢套加固震损双层高架桥框架式桥墩抗震性能评估与参数分析

基于《公路桥梁抗震设计规范》“两阶段”设防原则,采用SAP2000有限元软件建立震损加固桥墩数值模型,通过构建与设防水准地震相匹配的结构性能水准,选取基底剪力和墩顶位移作为结构性能评价指标,建立基于能力需求比的双层高架桥墩抗震性能评估流程,从抗震性能和损伤修复效果角度,对外包钢套含钢量和强度的影响进行分析。研究结果表明,中度损伤试件经外包钢套加固后基底剪力和墩顶位移能力需求比分别提高了76.72%、62.93%,重度损伤试件经外包钢套加固后基底剪力和墩顶位移能力需求比分别提高了62.98%、51.94%;当外包钢套含钢量ρ<0.98%时,重度损伤加固试件基底剪力能力需求比呈负向增长,承载能力修复效果不理想;当外包钢套含钢量ρ>2.08%时,中度损伤及重度损伤加固试件墩顶位移能力需求比提高率大于基底剪力,此时变形能力修复效果优于承载能力;提高外包钢套强度显著增强了中度损伤和重度损伤加固试件承载能力,但变形能力基本不提高。     

粘弹性-摩擦阻尼器在底部框架砌体结构抗震加固中的控制应用

本文根据新型粘弹性－摩擦阻尼器的耗能特点和底部框架砌体结构动力特性，提出通过对底部框架砌体结构设置粘弹性－摩擦阻尼器，达到对底部框回体结构抗震加固的目的。文中推导了粘弹性－摩擦阻尼器和人字型支撑的组合层间单元刚度短阵和控制力向量，建立了设置粘弹性－摩擦阻尼器框架结构地震反应时程分析的控制方法。     

运用防屈曲支撑的混凝土框架结构的抗震性能研究

简要介绍地震安全社区的实现途径以及防屈曲支撑的构成和性能参数。运用ABAQUS软件对有无安装防屈曲支撑的钢筋混凝土框架模型进行动力时程分析,总结分析防屈曲支撑对钢筋混凝土框架结构的减震效果。结果表明,防屈曲支撑能大大降低钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下的层间位移角,提高建筑物抗震性能,使地震安全社区中抗震设防烈度为Ⅶ度的建筑物能够抵御Ⅷ度罕遇地震。     

安装有防屈曲支撑建筑的地震模拟与经济性分析

结合防屈曲支撑拟静力实验的研究成果,用ABAQUS有限元软件模拟一栋建筑的地震反应。比较原设计结构与减少梁柱面积但安装有防屈曲支撑的减缩结构这2种方案下的地震响应,使两者的层间位移角相近并满足规范要求,进而做经济性对比。结果表明,防屈曲支撑可以有效地减小结构地震响应,并且先于梁柱破坏,保护主体结构安全;安装防屈曲支撑的结构在满足设计要求的同时,还可以节省建筑成本,缩短施工工期。     

Loading protocols for experimental seismic qualification of members in conventional and emerging steel frames

Quasi-static testing is one of the most commonly used experimental methods for examining the seismic performance of structural members. However, consistent loading protocols for experimental seismic qualification of members in emerging steel frames such as self-centering braced frames (SCBFs) as well as in some conventional ones including buckling-restrained braced frames (BRBFs) are still lacking. This paper aims to propose standardized loading protocols based on time-history dynamic analysis on a series of prototype building frames, including steel SCBFs, BRBFs, and moment-resisting frames (MRFs), where both far-field and near-fault earthquakes are considered. The methodology for the development of the loading protocols involves ground motion selection and scaling, design and analysis of prototype buildings, analysis results processing, and rainflow cycle counting, together with extra justification steps. The proposed loading protocols are consistently derived based on the MCE-level seismic hazard and 84^th percentile values of key seismic demand parameters. These parameters are number of damaging cycles N_t, maximum inter-story drift θ_max, inter-story drift range Δθ_i, sum of inter-story drift range ΣΔθ_i, and residual inter-story drift θ_r. The analysis confirms the variations in these seismic demands imposed on the different structural systems under different types of ground motions, highlighting the necessity of developing separate loading protocols for the different cases. The assumptions, decisions, and judgments made during the development of the loading protocols are elaborated, and the conditions and restrictions are outlined. The rationality of the proposed loading protocols is further justified through demonstrating the cumulative distribution function and energy dissipation demand of the systems.     

基于OpenSees的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架数值模拟

提出了一种既有钢筋混凝土框架结构的抗震加固方法,该法采用防屈曲支撑提高框架结构体系的水平承载力和耗能能力,利用外包钢进一步提高柱子的抗弯和抗剪承载力。采用开源有限元程序OpenSees,分别建立空钢筋混凝土框架和防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的分析模型,对2榀钢筋混凝土框架的抗震性能进行模拟。防屈曲支撑采用了弹塑性桁架单元模型,加固框架柱混凝土考虑了外包钢的约束作用。将分析结果与拟静力试验结果进行比较,以检验分析模型的准确性,以及研究防屈曲支撑和外包钢对混凝土框架抗震性能的影响。分析结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好,验证了基于OpenSees建立的数值模型的准确性;外包钢有效改善了框架柱的抗弯承载力和变形能力;防屈曲支撑显著提高了加固框架体系的水平刚度、水平承载力和耗能能力。     

建筑结构的屈曲约束支撑对其抗震加固性能的影响

当前方法采用伸臂桁架加固建筑结构时,未考虑建筑结构的屈曲约束支撑力的影响,伸臂桁架与建筑结构的连接不牢固,导致其对建筑结构的抗震加固性能较差。故此,深入分析建筑结构的屈曲约束支撑对其抗震加固性能的影响,设计建筑结构抗震加固方案,利用高强螺栓节点经由连接钢板实现屈曲约束支撑与建筑结构的铰接固定。分别从支撑变形同建筑结构层间位移的关系、建筑结构支撑承载力、多遇地震影响下屈曲约束支撑框架的位移验算,以及罕遇地震影响下屈曲约束支撑的弹塑性位移验算方面,分析屈曲约束支撑对建筑结构抗震加固性能影响。经实验分析得出,建筑结构加入屈曲约束支撑后第一扭转周期同第一平动周期的比值降低0.14,X、Y两个方向的砌体墙同建筑结构的刚度比值降低6.9、8.0,最大顶点位移值降低15.4 mm、29.3 mm,抗震加固性能大大提高。     

Experimental and Numerical Studies on the Seismic Response of R.C. Hollow Bridge Piers

Appropriate seismic assessment of reinforced concrete bridges is an important challenge in structural engineering in consideration of the number and relevance of bridges built without applying advanced codes of practice and of the strategic role of transportation networks in modern economy. This paper focuses on some relevant aspects of the damage development and collapse modes of hollow piers, as commonly designed in the past. The following aspects have been considered: absence of confinement, inadequate shear strength, shifting of the critical section, insufficient length of lap splices. A series of experimental tests has been designed and performed; the capacity of predicting appropriate results of formulations recommended in codes of practice or proposed in recent research documents has been checked comparing experimental and analytical results.     

高边坡桥墩倾斜机理分析与安全性评价

高陡边坡桥墩同时承受上部结构传递的竖向荷载和桩周土体的侧向压力,墩柱受力性能复杂,易出现病害,影响桥梁安全。结合某高速公路桥墩倾斜的工程实例,对高陡边坡桥墩倾斜的机理进行分析,并对倾斜桥墩的安全性能进行评价。通过考虑边坡土体和桥墩的相互作用,采用数值方法对高陡边坡桥墩的受力特征进行研究,分析了墩柱倾斜和开裂的机理,并基于不同荷载下墩柱的内力组合,对墩柱的承载力进行评定。结果表明,边坡潜在滑移面受扰动后产生的坡体推力是引起墩柱倾斜的主要原因,坡体推力与车辆荷载及汽车制动力组合后,桥墩的承载力将不能满足设计要求。     

CFRP加固对预制节段拼装桥墩抗震性能的影响

为提升预制节段拼装桥墩的抗震性能,采用碳纤维增强复合材料(CFRP)对预制节段拼装桥墩在地震中易损伤部位进行加固。基于既有试验,建立缩尺的预制节段拼装桥墩三维实体有限元模型,分析预制节段拼装桥墩在循环往复荷载情况下的恢复力特性以及破坏情况。分别采用箍筋加密和外包CFRP布对预制节段拼装桥墩底部节段进行加固,对比两种加固方式对预制节段拼装桥墩抗震性能的影响。研究结果表明,CFRP包裹桥墩底部节段能够增强桥墩整体刚度和承载能力,并且使得桥墩的刚度退化更加平缓,有利于预制节段拼装桥墩在地震作用下保持自身力学特性的稳定,确保桥梁整体的安全。     

Seismic performance evaluation of typical dampers designed by Chinese building code

Adding dampers is a commonly adopted seismic risk mitigation strategy for modern buildings, and the corresponding design procedure of dampers has been well established by the Chinese Building Code. Even though all types of dampers are designed by the same procedure, actual seismic performance of the building may differ from one to the others. In this study, a nine-story benchmark steel building is established, and three different and typical types of dampers are designed according to the Chinese Building Code to realize structural vibration control under strong earthquake excitation. The seismic response of the prototype building equipped with a viscoelastic damper, viscous damper and buckling-restrained brace(BRB) subjected to 10 earthquake records are calculated, and Incremental Dynamic Analysis(IDA) is performed to describe progressive damage of the structure under increasing earthquake intensity. In the perspective of fragility, it shows that the viscoelastic damper has the highest collapse margin ratio(CMR), and the viscous damper provides the best drift control. Both the BRB and viscoelastic dampers can effectively reduce the floor acceleration responses in the mid-rise building.