钢筋混凝土桥墩破坏模式识别方法

鉴于破坏模式对钢筋混凝土桥墩抗震加固和基于性能的抗震设计中性能目标量化的重要性,根据钢筋混凝土桥墩的破坏特点和破坏模式,统计分析各国钢筋混凝土桥墩抗震试验资料。基于钢筋混凝土桥墩抗剪需求和能力的关系,对混凝土强度f′c、纵筋配筋率ρl、体积配箍率ρv、规则化的纵筋配筋率、规则化的体积配箍率、轴压比、剪跨比a/h0和规则化的箍筋间距进行双参数相关分析和偏相关分析,确定各因素与桥墩塑性铰区抗剪需求与能力比值Vp/Vn的相关程度。研究结果表明:以ρl≤2.173%、a/h0≥3.880、Vp/Vn=0.7作为钢筋混凝土桥墩弯曲破坏模式的判别条件,以Vp/Vn>1.0且a/h0≤1.865作为剪切破坏模式的判别条件,以1.865≤a/h0≤3.880作为弯剪破坏模式的判别条件是合理的。     

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。     

圆截面钢筋混凝土桥墩曲率极限状态的研究

文章从变形能力的不确定方面研究了圆截面钢筋混凝土桥墩曲率极限状态,首先用直径为1.0m桥墩作为基准桥墩,通过对圆截面钢筋混凝土桥墩的弯矩-曲率分析研究了无量纲屈服、服务和破坏控制曲率极限状态与轴压比、纵筋配筋率和配箍率的关系。结果表明,轴压比是影响无量纲屈服和服务水平曲率极限状态均值的主要因素,轴压比和配箍率是影响无量纲破坏控制水平曲率极限状态均值的主要因素。然后通过回归分析建立了用于计算其它截面直径桥墩对应与不同极限状态的延性的直径调整系数的近似公式。     

弯扭耦合效应下混凝土桥墩的抗震性能

为了研究地震作用下压弯剪扭耦合作用对桥梁中墩梁固结墩的影响规律,进行了7根压弯剪扭耦合作用下钢筋混凝土桥墩的拟静力试验,确定了桥墩的不同破坏模式,给出了桥墩的剪力-位移和扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,分析确定了扭弯比、长细比、纵筋配筋率和箍筋配筋率等参量对桥墩弯扭耦合抗震性能的影响。基于理论分析和拟静力试验,给出了四线式剪力-位移骨架曲线和三线式扭矩-扭转角骨架曲线的理论模型。研究结果表明:理论骨架曲线和试验曲线吻合较好;理论模型揭示了钢筋混凝土桥墩弯曲和扭转的关键影响因素及耦合效应,其中剪力-位移理论骨架曲线主要取决于桥墩破坏截面的弯矩-曲率关系,扭转承载力主要来自于混凝土和箍筋2个部分,墩顶扭转角可以根据混凝土桥墩的弹性扭转角和扭转塑性铰的扭转角叠加计算;弯扭耦合效应会造成混凝土桥墩抗震性能发生明显的变化,较大的扭转效应会使桥墩在达到最大抗弯性能前发生破坏,而弯曲效应会大幅降低桥墩的抗扭承载力;随着长细比的减小,最大剪力增加,极限位移减小,最大扭距基本不变;纵筋率主要影响混凝土桥墩的抗弯承载力,对抗扭性能影响不明显,箍筋率主要影响桥墩的抗扭性能;工程中应采用考虑弯扭耦合的方法进行抗震设计。     

基于RSC体系的双层桥梁排架墩地震损伤控制设计

为实现钢筋混凝土（RC）双层桥梁排架墩的地震损伤控制设计，提出将上层桥墩设计为装配式摇摆-自复位（RSC）结构，下层桥墩设计为装配式承插连接，但不发生摇摆反应的双层桥梁排架墩。给出新型排架墩中无黏结预应力筋、耗能角钢等的设计方法。以甘肃省洛塘河大桥非规则双层排架墩为原型，建立普通RC与新型RSC两种双层排架墩抗震数值分析模型，并结合太平洋地震工程研究中心（PEER）完成的RSC排架墩振动台试验结果验证建模方法的准确性。在此基础上，完成RC与RSC排架墩模型在40条近断层地震动下的动力时程分析，对比分析2种排架墩的抗震性能。研究结果表明：RSC排架墩上层桥墩最大层间位移角略大于普通RC排架墩的上层桥墩最大层间位移角，但RSC排架墩下层桥墩最大层间位移角仅为普通RC排架墩下层桥墩最大层间位移角的47%；RSC排架墩上、下层桥墩层间残余位移角仅为普通RC排架墩上、下层桥墩层间残余位移角的2%左右；RSC排架墩可显著降低下层桥墩的地震剪力需求，无黏结预应力筋应力保持弹性，耗能角钢易屈服耗能但未拉断，验证了所建议的双层桥梁排架墩地震损伤控制设计方法的合理性。     

弯扭复合作用下RC圆形桥墩抗震性能

为了阐明弯曲和扭转耦合作用下 RC 圆形桥墩的抗震性能,对扭弯比不同的12个 RC 圆形桥墩进行了循环试验研究,并基于试件的破坏特征、滞回性能和钢筋应变等试验观测结果,分析了弯扭复合作用下扭转作用对桥墩抗弯能力的影响,以及配筋率、箍筋间距及箍筋形式对桥墩弯曲和扭转性能的影响;采用有限元软件 ABAQUS 模拟了不同扭弯比的 RC 圆形桥墩在弯扭复合作用下的破坏特性和弯扭承载能力。研究结果表明：弯扭相互作用降低了 RC 圆形桥墩的抗弯和抗扭承载力,桥墩的变形特征和失效模式发生了改变,损伤破坏区要高于弯曲塑性铰长度区域,提出的“交叉互锁”螺旋箍筋形式可有效解决由于扭转效应导致的RC圆形桥墩承载能力降低的问题。     

空心矩形薄壁墩延性抗震性能试验

为了深入研究矩形截面且空心薄壁桥墩的延性抗震性能,对4个模型墩在恒定的轴压和循环反复水平荷载作用下进行了拟静力试验。探讨了薄壁墩在压、弯、剪共同作用下的破坏形态、位移延性和耗能能力,考虑轴压比、配箍率2个参数对结构极限承载力和延性性能的影响。试验结果表明:模型墩的破坏形式为弯曲破坏,位移延性系数介于3.61~5.56之间;配箍率是影响桥墩延性抗震性能的主要因素,随其值的增加位移延性系数增大,箍筋能显著提高试件的延性和耗能能力;随着轴压比的提高,试件的承载力有所降低,后期变形能力减小,抗震性能越来越差;建立了具有8个控制点的恢复力模型,并给出了各控制点的计算公式。     

钢筋混凝土桥墩塑性铰区约束箍筋用量研究

为了研究钢筋混凝土桥墩的延性配箍要求,总结了中、美、欧主要桥梁抗震设计规范对延性桥墩塑性铰区最低约束箍筋用量的规定,结合美国PEER柱抗震性能试验数据库、日本Kawashima实验室和部分中国的试验数据,整理了234根桥墩的拟静力试验数据;建立了桥墩极限位移角与位移延性系数、曲率延性系数的对应关系,讨论了中、美、欧主要桥梁抗震设计规范约束箍筋用量及构造措施对保证桥墩延性的可靠性;在此基础上分别以2%和3%极限位移角为延性目标,通过回归分析建立了具有85%保证率的桥墩塑性铰区约束箍筋用量计算公式;通过一个设计实例将建议公式与各国规范进行了对比。结果表明:该公式适用于剪跨比在3～10范围内的普通及高强混凝土桥墩,既可保证高轴压下桥墩延性抗震能力,又可保证低轴压下配箍要求不过于保守。     

外置角钢摇摆-自复位双柱墩抗震性能分析

针对预制-拼装结构的施工优势、摇摆-自复位结构的抗震优点及角钢的特性,提出含角钢的摇摆-自复位双柱墩和含角钢及耗能钢筋的摇摆-自复位双柱墩。基于OpenSees数值平台建立了这2种双柱墩的精细化数值分析模型,分别结合角钢的循环拉压试验以及摇摆-自复位双柱墩的拟静力试验结果验证了模型的准确性。在此基础上,通过拟静力和动力时程分析,并通过与普通钢筋混凝土双柱墩的对比,揭示了新型摇摆-自复位双柱墩的抗震能力。结果表明:与普通双柱墩相比,摇摆-自复位双柱墩侧向初始刚度减少,自振周期增大;在0.4g近断层地震动下预应力筋始终处于弹性阶段且桥墩震后几乎无残余位移,便于双柱墩的震后功能恢复;外置角钢在0.1g近断层地震动下屈服并开始耗能,在0.4g近断层地震动下可能发生拉断破坏;在摇摆-自复位双柱墩接缝处配制一定的耗能钢筋后(配筋率小于0.4%),可降低墩顶变形,减少预应力筋应力和外置角钢的变形,且摇摆-自复位双柱墩的震后残余位移未明显增加。     

矩形实心公路桥墩延性性能影响因素初步研究

简要介绍了延性的几个基本概念,对进行P-M-分析的步骤作了说明,对轴压比、配箍率和纵筋率等3因素是如何影响矩形实心公路桥墩位移延性系数进行了深入的分析和研究。     

螺旋箍筋约束高强混凝土柱轴心受压性能试验研究

为探究螺旋箍筋约束高强混凝土柱的轴心受压性能,开展了42根螺旋箍筋约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了混凝土标准立方体抗压强度(58.0~90.6 MPa)、箍筋屈服强度(480~1 219 MPa)、体积配箍率(1.00%~1.60%)与箍筋间距(45~80 mm)对螺旋箍筋约束混凝土柱受压承载力和变形能力的影响。试验结果表明:箍筋约束混凝土在达到峰值压应力时,约束箍筋可能达不到屈服;约束箍筋的强度和体积配箍率相同时,随着高强混凝土强度的增高,约束混凝土达到峰值压应力时箍筋的拉应变减小;混凝土轴心抗压强度、箍筋屈服强度相同时,随着体积配箍率的提高,约束混凝土峰值压应变增大,相应的横向应变也随之增大,箍筋拉应变也增大。基于试验结果,考察了峰值压应力下箍筋拉应变与体积配箍率、混凝土强度、箍筋屈服强度和箍筋间距之间的关系,建立了峰值压应力下约束箍筋拉应变计算公式。拟合得到了约束混凝土峰值压应力f_cc、峰值压应变ε_cc、下降段曲线的特征参数(峰值压应力后85%峰值应力下的轴向压应变ε_c85、50%峰值压应力的轴向压应变ε_c50)的计算公式。给出了考虑体积配箍率、混凝土轴心抗压强度、箍筋间距和箍筋屈服强度影响的箍筋约束高强混凝土的轴心受压应力-应变关系模型。     

钢管混凝土核心短柱轴压承载力计算方法研究

钢管混凝土核心短柱承载力目前仍无统一计算方法,针对此问题,文章基于钢管混凝土核心柱轴压承载力计算方法与外围普通钢筋混凝土体积配箍率有着密切关系的认识,分体积配箍率小于和等于大于临界配筋率两种情况建立了该柱轴压承载力计算公式;当外围混凝土的配箍率小于临界配箍率时,组合柱的破坏是由外围混凝土控制,根据协同工作原理,通过对钢管混凝土核心柱各组成部分荷载-变形曲线分析,建立了该柱轴压承载力计算公式;当外围混凝土的配箍率等于或大于临界配箍率时,核心柱破坏时钢管内外混凝土都能达到极限状态,采用极限平衡法推导该柱轴压承载力计算公式。理论分析与实验结果相吻合,表明了本文方法的正确性。     

近断层地震作用下隔震梁桥地震响应参数影响研究

为了研究近断层地震作用下高阻尼橡胶(HDR)支座隔震梁桥在不同设计参数下的隔震效果,采用SAP 2000软件建立HDR支座隔震简支梁桥的等效单墩模型,选取典型近断层地震动记录作为输入地震波,分析桥墩高度、桥墩质量和等效隔震度对HDR支座隔震梁桥地震响应的影响。结果表明:HDR支座具有良好的隔震效果;桥墩越高,隔震后的墩顶位移峰值越大;HDR支座能有效降低低矮桥墩的近断层地震响应,但当墩高超过35m或桥墩质量增大后,HDR支座的隔震效果就降低;等效隔震度越大,HDR支座的隔震效果越好;桥梁采用HDR支座进行隔震时,应保证等效隔震度大于3.0。     

预应力节段拼装桥墩力学性能研究

采用拟静力方法比较分析有(无)粘结预应力钢筋、不同预应力钢筋配筋率、不同配箍率和不同节段数量共10种预应力节段拼装桥墩的变形、节段间接触状态、裂缝、预应力钢筋应力和骨架曲线的异同。结果表明:无粘结预应力比有粘结预应力应力均匀,预应力钢筋不容易屈服;接缝的张开是不可避免的,张开的大小和次序与水平位移和节段高度相关;提高节段混凝土配箍率作用有限;同一墩高情况下节段数目对性能几乎没有影响;轴压比在25%左右是一个比较理想的状态。     

承插式连接预制拼装桥墩抗震性能试验研究

为研究不同连接构造、轴压比和承插深度对承插式连接预制拼装桥墩(简称“承插式桥墩”)抗震性能的影响,制作1组现浇桥墩试件和3组承插式桥墩试件开展拟静力试验。对比试件破坏模式、滞回曲线、骨架曲线及特征值、耗能能力、刚度特性和残余位移、纵筋应变,分析承插式桥墩与现浇桥墩抗震性能差异以及增设钢榫进行结构优化后桥墩抗震性能改善效果。结果表明：承插式桥墩与现浇桥墩试件破坏模式、损伤范围、承载能力、耗能能力、残余位移和钢筋应变沿梁高分布相近;提高承插式桥墩轴压比,能提高桥墩承载能力,降低延性和累积耗能能力,破坏时残余位移远小于其它构件,具有可靠的自复位能力;提高承插深度,会增大桥墩承载能力和耗能能力;墩底增设钢榫能增强承插式桥墩与承台间的连接,承载能力、延性、耗能能力等与承插式和现浇桥墩保持一致,但各加载位移下的累积耗能较高,有助于提高承插式桥墩的耗能能力,具有良好的抗震性能。     

动力荷载下城市主干道高架桥结构抗震性能研究

为研究振动荷载作用下不同配比钢筋砼柱的抗震性能,室内制备4种不同箍筋率、轴压比条件下钢筋砼柱并对其展开抗震试验.结果表明,钢筋砼柱的承载能力随轴压比升高而增强,抗压强度相对提高37.73％;塑性变形能力随轴压比升高而变弱,极限位移相对降低34.90％;多芯高强钢筋砼柱的刚度随配筋率增大而增大,但增幅较小;高轴压比钢筋砼...     

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。     

灌浆波纹管连接预制高强RC离心管墩抗震性能

预制高强钢筋混凝土(RC)离心管墩可工业化流水线生产，效率高，质量可靠，是预制装配桥梁下部结构常用的设计建造方式之一，但是灌浆波纹管连接预制高强RC离心管墩的连接可靠性和抗震安全性尚需开展量化研究。为此开展3个1∶2大比例尺灌浆波纹管连接预制高强RC离心管墩拟静力试验，探究了水平往复荷载下管墩节点损伤全过程，并结合现有研究，从位移延性、刚度退化、耗能特性等参数评估其抗震性能。在此基础上，提出配置单层箍筋的空心管墩约束混凝土模型，并通过试验和数值结果验证该改进模型的精确性。同时，分析了轴压比、壁厚比等重要参数对空心管墩延性的影响规律，提出了考虑约束效应的空心管墩极限抗弯强度计算方法。结果表明：采用灌浆波纹管连接的预制高强RC离心管墩-承台连接可靠性良好；当轴压比不大于0.1时，高强离心管墩和实心桥墩抗震性能基本相同，当轴压比大于0.2时，管墩延性等抗震指标显著降低。同时，考虑到单层箍筋对核心混凝土的约束效应，建议预制高强RC离心管墩的壁厚比应不小于0.2。     

外包钢板混凝土桥墩在车辆碰撞下的动力响应研究

进行了外包钢板混凝土墩柱在车辆碰撞作用下的动力性能模型试验,通过采集撞击过程中的撞击力时程、桥墩的加速度及位移响应时程,分析研究了车速、车辆质量、轴压比等对撞击过程中外包钢板混凝土桥墩动力响应的影响。研究结果表明,撞击力的大小与车速、车辆质量、轴压比均成正相关关系;桥墩的加速度与位移响应均随车速提高而增大,桥墩顶部的加速度可能大于也可能小于撞击位置处的加速度,而桥墩顶部的位移总是大于撞击处的位移;桥墩位移与车辆质量之间近似成线性关系,随轴压比增大而减小。研究结果为进一步研究实际车辆与桥梁撞击及桥梁防撞设计提供了数据参考。     

预应力钢板箍与CFRP复合加固RC墩柱轴压性能试验研究

提出一种新型的采用预应力钢板箍(PSJ)和碳纤维布(CFRP)复合加固钢筋混凝土(RC)墩柱加固方法(简称PSJ-CFRP)。为验证该新型加固技术的可行性和有效性,进行了8个足尺圆形墩柱轴压性能试验,研究参数包括不同加固方法(PSJ、CFRP和PSJ-CFRP)、钢板箍预应力水平、PSJ与CFRP加固配箍特征值等,比较分析采用不同加固方式加固试件的加固效果、破坏形态和承载力等,研究了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱的受压机理,钢板箍预应力度、PSJ与CFRP加固配箍特征值等关键参数对试件轴压性能的影响和规律。试验结果验证了PSJ-CFRP复合加固技术的有效性,CFRP与钢板箍协同工作、优势互补,既提高了试件的承载能力,又改善了试件的变形性能,加固试件呈现延性破坏特征。采用CFRP加固的试件,试件的承载能力得到提高,但变形能力降低,呈现脆性的破坏特征。在相同加固配箍特征值下,减小加固箍板净间距能取得更好的加固效果。在试验和理论分析的基础上,提出了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱轴向受压承载力计算公式,能较好地预测加固墩柱的轴心受压承载力。