螺栓连接预制拼装CFST桥墩抗震性能试验

为发展适用于强震区的绿色、高效预制装配桥梁结构,提出2种基于螺栓连接的节段预制拼装钢管混凝土(CFST)桥墩。开展有轴向预应力和无预应力的预制节段拼装CFST桥墩侧向往复拟静力加载试验研究,简要描述了预制节段拼装桥墩在水平往复荷载作用下的结构变形和损伤过程,分析其恢复力-位移滞回性能、卸载刚度、预应力损失、节段间接缝张口等非线性力学行为。研究结果表明:基于螺栓连接的预制节段拼装CFST桥墩具有良好的水平承载能力和耗能能力,滞回曲线饱满,延性性能较好;桥墩轴向预应力可提高桥墩的自复位能力,合理设计连接钢管尺寸能够实现节段间接缝开口均匀分布,相对于传统拼装桥墩只有底部开口情况,该设计更能充分利用各节段强度;随水平加载位移增加,轴向预应力筋张拉力基本呈线性增加,在最大水平加载偏移率为7.7%时,桥墩仍具有良好的水平承载能力,水平力撤销后预应力筋张拉力损失约为加载前的20%。研究结果可为开展基于预制拼装钢管混凝土桥墩的结构设计和工程实践提供参考,对推动中国快速桥梁建造技术具有积极意义。     

不同构造下的预制拼装钢管混凝土桥墩抗震性能试验

为探讨预制拼装钢管混凝土桥墩抗震力学性能,充分发挥预制拼装钢管混凝土桥墩的抗震能力,以实际桥墩为参考,考虑不同拼装接缝形式、耗能钢筋配筋率和预应力轴压比等参数,设计和制作了6个摇摆式预制拼装预应力钢管混凝土桥墩和2个对比墩（1个摇摆式预应力钢筋混凝土墩和1个承插式预应力钢管混凝土墩）,共8个缩尺模型。采用拟静力试验方法,结合数值模拟揭示预应力预制拼装钢管混凝土桥墩的延性能力、自复位性能、滞回耗能特性、破坏模式和破坏机理。试验结果表明：对于2种构造下的钢管混凝土桥墩,摇摆式桥墩因其可发生一定范围内摇摆,并设置预应力筋和耗能钢筋,使其延性与耗能能力更加优异;在墩底设置UHPC座垫层,加载过程中其对承台的破坏相对较小,提高了桥墩的损伤容限;在相同的目标位移下,摇摆式试件残余位移小于承插式试件,表明摇摆式预制拼装钢管混凝土桥墩拥有良好的自复位特性;对于摇摆式预制拼装钢管混凝土桥墩,增大耗能钢筋配筋率,使得试件损伤状态出现滞后,耗能能力增强,减轻墩底接缝破坏程度,同时使得残余位移增大;增大预应力轴压比,其约束试件变形的自复位能力进一步增强,使试件残余位移减小,有利于桥墩在震后功能的快速恢复;通过建立各试件的有限元纤维模型,进一步验证了试验结果的准确性。研究成果可为后续预制拼装钢管混凝土桥墩的设计与应用提供试验基础。     

预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析方法及试验验证

为了给预制拼装桥墩抗震设计计算提供参考,针对典型预制拼装桥墩所采用的仅无黏结预应力或无黏结预应力+耗能钢筋连接方式,考虑混凝土、耗能钢筋和预应力筋的非线性本构模型,推导了预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析计算过程。基于关键截面弯矩-曲率分析确定弯矩承载力和对应的墩顶水平荷载,然后计算各个接缝的弯矩和曲率,进而计算墩顶位移。开展了2种接缝连接方式预制节段拼装桥墩试件拟静力试验,将多节点转动推覆分析方法模拟结果与拟静力试验结果进行对比,分析预制拼装桥墩水平抗力-侧移曲线以及接缝张开、预应力筋应力、墩柱转角随侧移的变化,各种位移机理对墩顶位移的贡献,接缝处混凝土应变等。研究结果表明:多节点转动模型与单节点转动模型水平承载力计算结果基本一致,而多节点转动模型桥墩侧移计算结果大于单节点模型计算结果,多节点模型计算精度更高;多节点转动模型接缝张开、预应力筋应力和接缝转动计算结果与试验结果基本一致;开始时墩顶位移主要由剪切位移和整体弯曲位移提供,随着墩顶位移的增大,墩底接缝转动对墩顶位移的贡献逐渐占主导地位;墩柱混凝土轴向应变测试结果验证了各个接缝处混凝土应变随着墩高逐渐降低的趋势,接缝处的混凝土轴向应变远大于墩柱混凝土轴向应变。     

预制节段拼装混凝土桥墩力学性能研究进展

预制拼装桥墩具有质量有保证、施工速度快、干扰小、环保等优点,是装配式桥梁进一步发展的方向。分别从试验研究、理论研究和实际工程应用三个方面进行归纳总结,对预制拼装桥墩的抗震性能、节段接头、后张预应力系统、桥墩断面、耗能装置和塑性铰区设置的研究结果和实桥应用进行了分析,进而对亟待研究的问题和进一步研究的方向进行了展望。     

外置耗能器对自复位预制RC桥墩抗震性能的影响研究

以中国已建成的首座震后自复位桥梁-京台高速（北京段）黄徐路跨线桥为背景,结合自复位结构和装配式结构的特点,发展自复位预制RC桥墩新型结构。设计并制作对桥墩抗侧强度贡献率分别为0,20%及40%的3组外置耗能部件,并对3组自复位桥墩进行水平拟静力往复试验研究。通过桥墩变形和损伤演化过程、力-位移滞回曲线、骨架曲线、试件耗能能力、预应力筋张拉力变化、残余位移、接缝开口和受压区高度变化等评估自复位预制RC桥墩的抗震性能及外置耗能器对其影响。研究结果表明：外置耗能器耗能段均出现明显的高阶屈曲形态,耗能作用明显,附加外置耗能器自复位桥墩的滞回曲线呈明显的“旗帜”形;耗能器的抗侧强度贡献率越高,墩柱的滞回曲线越饱满,墩柱的耗能能力和抗侧承载力也明显提高;加载至偏移率3.5%时,自复位预制墩柱抗侧承载力无明显下降,表现出良好的延性性能;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,建议墩内竖向预应力筋初始张拉力不超过名义屈服强度的70%;为保证自复位墩柱具有较小的残余位移,建议附加外置耗能器对桥墩的抗侧贡献率不宜超过40%。研究可为自复位预制RC桥墩的结构设计、数值模型验证和工程实践提供参考。     

干接缝形状对节段拼装桥墩抗震性能的影响分析

为研究无粘结预应力筋连接的干接缝节段拼装桥墩在水平向低周往复位移荷载作用下的抗震性能和不同接缝形状的影响,建立了平面接触型和干接承插型两种接缝形式的实体有限元模型。其中混凝土采用损伤塑性模型,普通钢筋和预应力筋采用双折线模型,接缝处采用库仑摩擦模型。进行非线性时程分析,发现桥墩主要依靠接缝交替张开闭合提供水平变形能力,墩柱的破坏主要由底层节段混凝土压坏引起。通过两模型滞回特性、骨架曲线、延性性能和残余变形的对比,发现采用干接承插型接缝的桥墩与采用平面接触接缝的桥墩相比,最大承载力与耗能能力相当,但强度稳定段长,延性较好,残余位移也较小,具有更好的抗震性能。     

内置SMA杆节段拼装桥墩抗震性能分析

为研究超弹性材料SMA在预制节段拼装桥墩中的应用和抗震性能,基于SMA材料循环拉伸试验和预制节段拼装自复位桥墩试验,运用OpenSees有限元软件建立内置SMA杆预制节段拼装自复位(Shape memory alloy self-Centering,SMA-SC)桥墩数值模型,通过拟静力分析,对比RC柱和含耗能钢筋自复位(Energydissipation bars self-Centering, ED-SC)桥墩的骨架曲线、残余位移曲线、耗能曲线,揭示内置SMA杆自复位桥墩具有较小的残余位移和良好的耗能能力。     

基于灌浆波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱抗震试验

预制拼装钢筋混凝土（RC）墩柱与承台连接节点的关键构造及其抗震性能是强震区应用预制装配技术需要解决的关键问题。目前灌浆波纹管连接预制拼装RC桥墩主要应用于非强震区,其抗震性能和地震失效模式研究远落后于工程实践,针对此类问题,采用灌浆金属波纹管锚固钢筋技术连接预制拼装RC墩柱与承台,开展预制拼装RC墩柱拟静力往复加载试验研究。通过对比分析预制拼装RC墩柱与现浇RC墩柱的损伤演化过程、局部钢筋应变、失效模式和非线性力学行为评价基于灌浆金属波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱的抗震性能。结果表明：基于高强砂浆灌浆金属波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱的抗侧强度和现浇墩柱基本一致,但位移延性和耗能能力略低于现浇桥墩;预制拼装RC墩柱的损伤主要发生在墩底与承台接缝层的上下界面处以及墩柱底部塑性铰区域,承台内预埋波纹管锚固钢筋均未发生黏结滑移破坏;基于灌浆金属波纹管锚固钢筋连接技术可应用于强震区预制墩柱与承台的拼装连接。     

装配式预应力桥墩地震损伤评估及影响参数分析

为明确装配式预应力桥墩的地震损伤性能,首先根据拟静力试验结果,对比分析装配式、整体式预应力桥墩以及钢筋混凝土桥墩在水平往复荷载作用下的损伤演化情况和破坏状态,然后应用6种混凝土损伤模型对桥墩试件进行损伤评估,分析各损伤模型的可靠性和适用性,最后基于OpenSees数值模拟,对恒载轴压比、纵筋配筋率、体积配箍率、耗能钢筋配筋率以及预应力筋配筋率等影响预应力桥墩损伤性能的参数进行分析。研究结果表明：在相同墩顶偏移比下,整体式预应力桥墩较钢筋混凝土桥墩的损伤更为严重,原因是承载力增大所致;而装配式预应力桥墩比整体式预应力桥墩损伤小是由于接缝张合导致耗能能力降低与接缝处耗能钢筋设置无黏结段造成的;与其他5种损伤模型相比,王东升修正的Park-Ang损伤模型对桥墩试件的损伤评估效果最符合实际情况,且离散性较小;塑性铰区域的体积配箍率是影响桥墩损伤性能的主要因素,且桥墩的损伤随着体积配箍率的增大而减小。     

预制拼装混凝土节段梁的结构力学性能研究进展

预制拼装混凝土节段桥梁具有经济、施工快速、对环境影响小等优势，在世界各国的桥梁建设中已经得到大量应用。混凝土梁节段在接缝处的不连续性对结构力学性能有不可忽视的影响，是桥梁设计中需特别关注的问题。对预制拼装混凝土节段梁的力学性能研究进展进行系统梳理，分别从键齿接缝直剪性能、节段梁受弯性能、弯剪扭复合受力性能和往复加载下力学性能4个方面对研究现状进行综述，归纳总结了预制拼装混凝土节段梁结构在不同加载模式下的力学特征和承载机理。总体来说，当前对接缝直剪性能和节段梁受弯性能的承载机理已有成熟系统的认识，最新研究成果为现行设计规范中计算公式的局限性提出了修订建议；节段梁结构的弯剪扭复合受力性能及往复承载性能试验研究较缺乏，有待对其承载机制及计算分析方法开展更多研究；施工方便、性能优异的新型剪力键形式及预应力体系，未来有待开展更多研究。     

预制节段拼装混凝土桥墩减震耗能构造研究进展

预制节段拼装混凝土桥墩利用预应力筋连接墩身节段,质量易控制,施工工期短,现场环境影响小,可实现绿色环保的建设理念,是桥梁工程未来发展方向之一。该文对预制节段拼装桥墩减震耗能构造的概要和研究进行了综述,介绍了纤维混凝土、纵向耗能钢筋以及套筒约束混凝土等常规耗能构造与设计方法,同时,阐述了一系列创新性减震耗能理念,介绍了两种预制节段拼装桥墩减震耗能构造的构思,分析比较了其优缺点,对未来研究方向进行了展望。     

直接基于位移的预制拼装墩柱抗震设计

基于性能的设计是桥梁抗震设计未来的发展方向之一,而基于位移的抗震设计方法是实现基于性能设计的最佳途径。预制拼装预应力混凝土桥墩的受力特性与普通钢筋混凝土现场浇筑桥墩的受力特性有较大区别,为了实现中高烈度区桥梁快速化施工建造,对基于位移的预制拼装预应力混凝土桥墩抗震设计方法进行研究。基于节点弯矩-曲率分析和非弹性位移反应谱,提出基于位移的预制拼装桥墩设计方法。首先根据基于性能的设计思想,结合预制拼装桥墩的受力特点,确定5个性能水平和对应的工程需求参数;然后推导塑性转动从接缝张开算起的目标位移的计算方法;提出单柱式预制拼装桥墩直接基于位移的抗震设计步骤,对该种旗帜形滞回响应结构的等效黏滞阻尼、非弹性位移反应谱、设计水平力、弹性开裂刚度等内容进行研究。以某拟静力往复加载试验预制拼装桥墩为例进行直接基于位移的设计,并进行纤维模型非线性地震时程分析,比较两者结果,验证所提方法的正确性。     

全体外预应力节段预制拼装箱梁桥震害研究

为了解全体外预应力节段预制拼装轻型薄壁箱梁在地震作用下的病害机理,以芜湖长江公路二桥引桥为依托,选取其中5×40m一联(半幅),采用SAP 2000建立精细化有限元模型和杆系模型,并通过现场环境随机振动方法进行动力特性试验,分析节段拼装箱梁的动力特性。采用精细化模型进行动力时程分析,判断该联引桥节段接缝截面是否发生开口震害,采用ABAQUS建立接缝处节段实体模型进行局部应力分析,验证接缝截面的工作状态。结果表明,通过节段接缝截面和剪力键处于受拉还是受压状态可以判断接缝截面及剪力键是否发生开口震害;E2地震作用下,该联引桥主梁节段接缝截面的应力验算指标均小于0,处于全截面受压状态,剪力键均未发生脱离,接缝未出现开口震害。     

组合型外包钢板连接预制拼装桥墩拟静力试验

组合型外包钢板连接是一种新型预制拼装桥墩连接方式,为了研究组合型外包钢板连接预制拼装桥墩的抗震性能,采用拟静力缩尺模型试验的方法,按照缩尺比1∶3.75设计并加工了3组桥墩试验模型,分别为组合型外包钢板连接非承插式试件、承插式试件及同尺寸对比现浇试件,对承插式、非承插式以及对比现浇试件在水平往复作用下的破坏形态、滞回和骨架曲线、延性、耗能性能、刚度退化和残余变形等进行了对比分析。试验结果表明:组合型外包钢板连接可以增加传统塑性铰区混凝土的约束,使得塑性铰上移,在除钢板区域以外弯矩最大的地方形成塑性铰;组合型外包钢板连接预制拼装桥墩在水平往复荷载作用下,极限荷载和极限位移均比现浇试件有所提高;组合型外包钢板连接虽然屈服位移和极限位移比现浇试件要高,但是延性系数有所降低,依然满足抗震规范对结构延性的要求;承插式连接方案比非承插连接方案具有更好的抗震性能;组合型外包钢板连接预制拼装桥墩抗震性能不弱于现浇桥墩,在设计合理的情况下,可以满足预期抗震性能的要求。     

灌浆波纹管装配式桥墩双向拟静力试验

为了解决桥墩与承台的装配式连接问题,提出金属波纹管和超高性能灌浆料的预制拼装桥墩方案。首先考虑施工方式和加载方向参数的影响,以某地铁高架桥为工程原型设计4个试件,然后采用水平单向和双向拟静力试验方法,对比分析金属波纹管节段拼装桥墩和整体现浇桥墩抗震性能的差异,最后探讨双向压弯作用下的极限承载能力验算方法。试验结果表明：灌浆波纹管试件塑性铰区纵筋出现拉断而不是纵筋拔出,说明灌浆波纹管的钢筋连接方式可靠;灌浆波纹管连接节段拼装桥墩损伤过程、破坏模式与整体现浇桥墩总体上接近,主要抗震性能指标的差异较小,认为抗震性能与整体现浇试件的抗震性能接近,表明灌浆波纹管连接是一种可行的装配式桥墩与承台的连接方式;相对于单向加载试件,双向加载的钢筋混凝土试件RC,最大水平力下降11%,极限位移下降18%,双向加载的预制拼装试件最大水平力降低11%,极限水平位移降低15%,残余位移增大了20%,试件损伤程度更为严重,说明在水平双向荷载受力下,整体现浇试件和节段拼装试件有着明显的双向荷载耦合效应;双向压弯作用下截面的弯矩计算方法能够较准确地校核节段拼装墩的极限承载能力。研究成果可为节段拼装桥墩的抗震设计和抗震分析提供参考。     

基于减隔震技术的预制拼装桥墩抗震设计

节段预制拼装桥墩技术在低地震区应用相对比较常见,高震区特别是8度区以上地区应用很少,究其原因是因为高震区的抗震问题尚未得到大家统一认可.现以河北地区一处立交主线桥抗震设计计算为例,阐述减隔震技术在预制拼装桥墩抗震设计方面的应用.通过计算分析可知,预制拼装桥墩上采用减隔震技术可很好地满足工程要求并能回避预制拼装接缝延性耗能问题,是高震区预制拼装桥墩抗震一个比较好的选择.     

钢纤维自密实混凝土节段拼装桥墩拟静力试验研究

为减少地震作用下节段拼装桥墩接缝处混凝土的破坏,以及研究钢纤维自密实混凝土的耗能能力,分别制作了普通自密实混凝土和钢纤维自密实混凝土的节段拼装桥墩模型。采用拟静力试验研究2个试验模型的抗震性能,对试验过程中的节段接缝破坏特点、力-位移滞回曲线和耗能能力进行了分析。研究结果究表明:钢纤维能有效延缓裂缝的发展和混凝土剥落的发生,但拟静力试验中钢纤维自密实混凝土的耗能能力并没有得到提高。     

预制节段拼装桥墩的地震损伤指标研究

为了获得预制节段拼装桥墩的地震损伤合理评价指标,对地震作用下无粘结预应力预制拼装桥墩的损伤演变过程与损伤状态进行综合分析。从受压混凝土应变、受拉钢筋应变和预应力度等角度确定预制节段拼装桥墩各损伤状态界限的力学特征。基于OpenSees纤维模型拟静力分析以及与试验结果的对比,获得预制节段拼装桥墩的损伤指标计算公式。研究结果表明,基于纤维单元模型的拟静力分析能够较好地模拟预制拼装桥墩的地震损伤;不同桥墩对应各损伤状态的损伤指标限值有一定差别;提出的预制节段拼装桥墩损伤指标计算方法较好地适用于其地震损伤状态分析与评估。研究结论可为预制节段拼装桥墩的地震易损性研究及抗震设计提供参考。     

预制节段拼装桥墩研究进展

对于桥墩数量较多的桥梁,相比于传统现浇工艺,预制节段拼装桥墩的优点非常明显：在预制场预制构件,受外界干扰少;工厂化预制构件的质量容易控制;施工时对周边环境影响小,对交通影响小;现场拼装施工效率高,建设工期短。预制节段拼装桥墩已成为桥梁建设的一种趋势。该文综述了各国对于预制节段拼装桥墩的研究进展,综合来看采用预应力筋连接预制桥墩节段是较为合理的方式。     

预制拼装桥墩墩底隔震数值模拟及隔震影响因素分析

为了解墩底隔震技术在预制拼装桥墩中的隔震效果,基于OpenSEES软件,建立墩底设置铅芯橡胶支座的预制拼装桥墩纤维模型,选取3组不同强度、不同特性的地震动作为地震荷载,对桥墩进行非线性动力时程分析计算。通过分析桥墩模型在不同强度、不同特性地震动激励下的墩顶位移、墩底剪力、塑性铰节段内力、自振特性,对隔震效果进行评估;并研究了桥墩塑性变形和支座大变形对隔震效果的影响。结果表明:墩底隔震体系适用于预制拼装桥墩,采用墩底隔震可有效降低桥墩的地震响应,延长桥墩自振周期;受到预应力筋牵拉的影响,墩底隔震并不能减小桥墩底节段的内力,无法改善其在震后底节段受损严重的情况,隔震时应予以考虑;桥墩塑性变形增大和隔震支座大变形均可限制隔震支座隔震性能的发挥。