带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩抗震性能

为研究不同连接方式装配式混凝土桥墩的抗震性能,进行了2根装配式混凝土桥墩（连接构造分别为钢管剪力键和灌浆套筒）和1根现浇整体式混凝土桥墩的拟静力试验,分析对比试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力,采用ABAQUS通用程序建立有限元模型,并开展了有限元参数分析. 研究结果表明:3类桥墩试件水平荷载-位移滞回曲线较饱满,具有良好的抗震性能,均为整体压弯破坏,无明显的强度退化,累积耗能能力相近;在不同轴压比、长细比、混凝土强度和钢筋强度条件下,带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩的水平峰值荷载和位移延性系数均优于传统灌浆套筒连接的装配式桥墩,提高幅值分别为4%～32%和8%～36%;轴压比、长细比、钢管剪力键嵌入深度和钢管直径是影响钢管剪力键连接的装配式混凝土桥墩抗震性能的重要参数.      

基于损伤和能量耗散的钢筋混凝土柱抗震性能研究

从PEER数据库中选取7根钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的试验数据,在分析了不同轴压比和配箍率下各试件的滞回特性、延性指标和割线刚度退化等的基础上,基于钢筋混凝土构件的Park-Ang双参数破坏准则,研究了构件损伤与耗能的关系、轴压比和配箍率对滞回耗能和损伤演化的影响。结果表明,轴压比较小和配箍率较高的试件,滞回曲线较为饱满,具有较好的延性性能;在一定范围内,增大轴压比或配箍率可以提高试件的屈服位移、屈服荷载和峰值荷载;加载前期,试件的损伤主要由位移首次超越引起,累积耗能对试件损伤影响相对较小,随着位移幅值的增大,累积耗能对试件损伤的贡献逐渐加大;配箍率相同的情况下,减小箍筋的间距对改善钢筋混凝土抗震性能有显著作用。     

不同截面形式的低配筋桥墩的抗震性能分析

针对矩形截面、圆形截面和圆端形截面三种不同截面形式的铁路桥墩,采用ANSYS软件对其建立了滞回分析模型,并对这三种截面桥墩的抗震性能进行了研究,分析了不同截面形式下桥墩的位移延性系数、刚度退化和耗能能力.结果表明:三种截面形式的桥墩,圆端形截面桥墩的位移延性系数和极限位移最大,表现出较好的延性性能;桥墩最终破坏时,圆端形截面桥墩的刚度退化速率最慢,累积耗能最大.在轴压比、剪跨比、配筋率和配箍率均相同情况下,圆端形截面桥墩有较好的延性性能、刚度退化速率最慢、累积耗能最多,建议在地震区采用圆端形截面桥墩.     

圆形钢筋混凝土桥墩抗震性能(Ⅱ):试验结果评估

根据桥墩拟静力正交试验现象及数据结果,研究了圆形钢筋混凝土桥墩的变形特征及弯曲强度特性;并对低周反复荷载作用下桥墩的位移延性、等效刚度和刚度退化性能以及极限位移状态下累积耗能能力进行了评估,综合考察了剪跨比、轴压比、纵筋率、配箍率等因素对桥墩延性性能的影响.可为桥梁的延性抗震设计提供参考.     

外置可更换耗能装置的节段拼装CFST桥墩抗震性能分析

为顺应桥墩震后使用功能快速修复的新要求,提高预制拼装桥墩在中、高烈度地震区的适用性能,提出了一种外置可更换耗能装置的节段拼装钢管混凝土（CFST）桥墩. 基于ABAQUS有限元分析软件建立了三节段后张预应力预制拼装CFST桥墩分析模型,对外置3种不同控制参数（截面贡献率、耗能钢棒长细比及其布置方式）耗能装置的桥墩模型在往复加载作用下的抗震性能进行了分析. 研究结果表明:外置耗能装置的节段拼装CFST桥墩墩身损伤可控,能够通过更换耗能装置等措施实现震后的快速修复;与未设置耗能装置的桥墩相比,该类桥墩的侧向承载力、初始刚度和耗能能力分别提升了11%~88%、2.86%~6.87%和2.3倍~12.9倍;为保证震后修复的可行性,建议耗能装置的截面贡献率宜低于1.9%;中部接缝处设置的耗能钢棒直径过小将阻碍墩底处耗能钢棒充分发挥耗能作用,耗能装置沿墩高方向布置的折减系数大于0.5;耗能钢棒长细比的改变会影响墩柱的抗侧强度和延性,长细比减小,桥墩耗能能力逐渐提升,但残余位移也逐渐增大,建议耗能钢棒长细比的取值宜大于4.5.      

基于纤维模型的钢筋混凝土桥墩极限承载力及延性分析

为改善圆形截面RC桥墩的抗震、抗撞击设计,以工程中常用的圆柱式桥墩为例,考虑不同轴压比、配筋率和混凝土等级等因素的影响,采用纤维模型对桥墩极限承载力和延性变化规律进行研究。结果表明:轴压比、纵向配筋率、混凝土等级对结构极限承载力的影响单调递增,而当轴压比为0.6、横向配筋率为0.06%时截面延性最佳;截面延性随着混凝土强度增加而降低;纵筋配筋率恒定时,截面的极限弯矩和延性不受纵筋直径变化的影响。     

高铁桥梁圆端形桥墩延性性能影响因素研究

以某高铁桥梁圆端形桥墩为工程背景,运用ucfyber软件研究了混凝土强度、轴压比、配筋率、保护层厚度等参数对圆端形桥墩延性性能的影响。分析结果表明,混凝土强度过高和过低对结构的延性均有不利影响;轴压比的增加使桥墩的延性耗能能力迅速降低;增加纵向配筋率对桥墩的延性耗能能力同样不利;保护层厚度对桥墩延性性能的影响相对较小;圆端形桥墩横桥向的延性性能优于顺桥向。     

局部腐蚀对圆钢管混凝土柱轴向承载力的影响分析

运用有限元软件ABAQUS对26根局部腐蚀圆钢管混凝土在轴压荷载作用下进行数值计算并与未腐蚀构件做对比,系统地分析和考察局部腐蚀的位置、局部腐蚀间的环向夹角与母线距离对钢管混凝土轴压力学性能的影响规律,确定三因素分别作用下的最不利情况。分析结果表明:对于单个蚀坑,蚀坑位于构件中间时构件的轴压承载力最低,越远离构件中部,承载力越大;对于两个蚀坑,构件的轴压承载力随蚀坑间环向夹角的增大而增大,随母线距离的增大呈先增大后减小的趋势。本研究成果对钢管混凝土在服役过程中的防护具有参考价值。     

圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件工作机理研究

利用有限元软件ABAQUS对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件进行研究,分析了混凝土强度、内外钢管屈服强度、轴压比、截面名义含钢率及空心率等参数对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件的荷载-变形关系曲线的影响规律,并对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形关系曲线进行全过程计算分析。结果表明:混凝土强度、外钢管屈服强度及截面名义含钢率越大,构件极限承载力越高,空心率越大,构件极限承载力越低,而随着轴压比的增大,构件承载力先增大后减小;圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形曲线可分为三个阶段:弹性段、弹塑性段和塑性段。通过对这三个阶段中内外钢管和混凝土固定端的截面纵向应力分布云图及钢管与混凝土间相互作用的分析,揭示了圆中空夹层钢管混凝土在压弯剪作用下的工作机理。     

关于内置十字型钢板补强圆形钢桥墩极限状态的研究

论述的是利用非线性有限元分析内置十字型钢板补强圆形钢构件的极限状态。明确了轴压比参数和径厚比参数对内置十字型钢板补强圆形钢桥墩的极限承载力、极限应变的影响,取得了性能抗震设计安全评价公式,可为桥梁设计提供参考。     

短肢剪力墙抗震性能理论分析与数值模拟

为研究短肢剪力墙的抗震性能,首先考虑边缘约束构件的影响,利用平截面假定和短肢剪力墙正截面界限配筋,建立了短肢剪力墙墙肢轴压比限值的理论计算公式,并对短肢剪力墙抗震性能研究的试验进行数值模拟.然后利用轴压比计算理论获得试验试件的轴压比限值,通过改变短肢剪力墙数值模型的墙肢轴压比数值,分别研究短肢剪力墙墙肢轴压比在大于或小于墙肢轴压比限值时对其抗震性能的影响.最后结合数值模拟分析了短肢剪力墙在不同截面高厚比下的抗震性能.研究表明:骨架曲线各特征点的计算值与试验值的比值在0.86~1.08之间,数值模拟结果与试验结果吻合较好;短肢剪力墙墙肢轴压比小于轴压比限值时,轴压比每提高0.1,其最大水平承载力提高约7.81%,延性降低约4.52%;短肢剪力墙墙肢轴压比大于轴压比限值时,轴压比每提高0.1,其最大水平承载力降低约5.50%,延性降低约6.85%,同时验证了墙肢轴压比限值计算理论的准确性;截面面积相同时,墙肢截面高厚比越大,其抗震性能越好.      

预制双柱墩设计参数对抗震性能的影响分析

为研究预制装配式双柱墩的抗震性能,利用有限元软件ABAQUS针对两类预制装配式双柱墩(RC/PC墩)进行模拟分析,通过改变设计参数,研究不同恒载轴力比、预加力轴力比及接缝面纵向钢筋配筋率对结构抗震性能的影响。研究表明:PC墩耗能能力显著优于RC墩;接缝面纵向耗能钢筋对耗能能力和抗剪承载力影响较大,钢筋配筋率越大,结构耗能能力越大,抗剪承载力越高,但剪切滑移量会增加;轴力比主要影响接缝面张开量和剪切滑移量,但对结构的自复位能力贡献不大。     

含水率和腐蚀因素对钢筋混凝土柱抗震性能的影响

通过分析混凝土试块浸泡在水中和不同浓度腐蚀溶液中力学性能变化的试验结果,回归出混凝土抗压强度和弹性模量随含水率或腐蚀时间变化的计算模型,并通过纤维模型有限元程序OpenSees,对不同含水率或不同腐蚀程度的钢筋混凝土模型柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行了模拟.结果表明：随着含水率的增加,两种养护条件下,构件抗震性能降低的程度较小,但随着腐蚀程度的增大,构件耗能能力和延性的降低及承载力和刚度的衰减比较显著.     

初应力对钢管混凝土哑铃形长柱受力性能的影响

进行了初应力对钢管混凝土哑铃形轴压长柱试件的试验研究．在试验研究的基础上,进行了以长细比、偏心率和初应力度为参数的有限元分析,探讨了初应力对其力学性能的影响及其极限承载力的计算方法．分析结果表明,有初应力的钢管混凝土哑铃形柱的受力性能与有初应力的单圆管的相似．初应力使构件弹塑性阶段提前、弹性极限荷载及切线刚度降低．初应力对极限承载力影响不大,但随着长细比的增大而增加,长细比较小时对其可忽略不计．最后,给出了考虑初应力影响的钢管混凝土哑铃形构件极限承载力的实用计算方法．     

基于热力学耗散的饱和砂土循环液化特性研究

为了研究饱和砂土在循环荷载作用下的动力特性,从热力学平衡条件入手,结合颗粒熵理论,以直线为迁移曲线构建了饱和砂土在循环荷载作用下累积耗散能φ的计算方式;针对饱和南京细砂开展了循环三轴试验,探讨了初始循环应力比CSR、有效围压σ'_c等因素对南京细砂液化特性的影响。结果表明:累积耗散能的发展表现出缓慢增长段、过渡段、急速增长段等3阶段特性,且过渡段对应的孔压比ru处于0.6～0.7的水平;液化所需的累积耗散能φ与初始循环应力比CSR无关,但与有效围压σ'_c呈现出正相关关系;孔压比r_u随着累积耗散能φ的增加而增大。构建了初始液化时的累积耗散能φ_f与有效围压σ'_c之间的函数关系,并以累积耗能比φ_R为标准,建立了孔压比r_u发展的能量模型。     

自复位部分填充钢管混凝土桥墩力学性能研究

为分析具有自复位功能的部分填充钢管混凝土桥墩在水平往复荷载下的力学性能,针对该类型桥墩进行了理论研究,并以桥墩钢管壁厚、预应力比和钢绞线张拉度为设计参数建立有限元模型,在恒定轴力与水平往复荷载作用下开展了弹塑性分析。结果表明：桥墩壁厚和预应力比影响桥墩的水平承载力,适当降低张拉度可提高桥墩结构的安全富裕度。因此,在工程实践中可通过合理地选取桥墩壁厚、预应力比和张拉度,以达到承载力和抗震性能的最优组合,该理论分析方法可为工程实践提供参考。     

圆柱式节段空心墩抗震加固方式研究

运用美国太平洋地震工程研究中心开发的OpenSees软件,采用纤维梁柱单元建立圆柱式节段桥墩模型,进行拟静力加载过程分析,研究预应力筋布置形式和使用耗能钢筋及钢套管加固对桥墩抗震性能的影响.结果表明:预应力钢束均匀布置在四周比布置在中心具有更好的抗震性能,在墩底增设钢套管时,对节段桥墩抗震性能的提高帮助不大;钢套管厚度的变化对桥墩拟静力性能影响不大;在墩底设置耗能钢筋能改善桥墩的抗震性能,耗能钢筋长度以穿过塑性铰区为宜;随着耗能钢筋配筋率的增加,空心节段桥墩强度退化加快,延性能力减弱;对耗能钢筋配筋率较高而耗能能力不好的节段桥墩,可通过降低耗能钢筋屈服强度有效延缓其强度退化,提高延性能力.     

跨海大桥U-RC组合桥墩设计

为解决跨海桥梁桥墩施工与防腐问题,提出了超高性能混凝土(UHPC)-钢筋混凝土(RC)组合桥墩新结构,简称U-RC组合桥墩,以UHPC外筒作为永久模柱,现浇内核钢筋混凝土;以平潭海峡大桥为工程背景,开展了U-RC组合桥墩的结构设计与计算,并与原设计方案的工程量和造价进行了比较;进行了3根内核RC柱、3根UHPC模柱、3根U-RC组合桥墩的极限承载力试验,测量了试件的混凝土纵向应变与横向应变,研究了试件的破坏形态与裂缝发展过程,得到了试件的极限承载力试验值,分析了U-RC组合桥墩的受力性能。研究结果表明:U-RC组合桥墩的承载力大于设计内力,满足现行规范要求;采用UHPC模柱取代钢模板的桥墩设计方案,可节约钢材约2 410t,工程造价节省约30%;3根UHPC圆筒的极限荷载均值为1 342kN,3根RC柱的极限荷载均值为1 370kN,二者之和小于3根U-RC组合桥墩极限荷载均值3 033kN,说明UHPC模柱对核心混凝土有一定的套箍作用,采用简单迭加方法计算U-RC组合桥墩的轴压极限承载力是可行且偏保守的;在轴压试验中,U-RC组合桥墩的破坏模式为核心混凝土的横向变形导致UHPC模柱出现竖向裂缝,并与核心混凝土在界面处分离;达到极限荷载破坏时,外包UHPC层出现纵向裂缝,荷载增大,裂缝增长,并有混凝土剥落现象,但U-RC组合桥墩破坏时其外包UHPC层纵向应变未达到极限压应变。     

新型五螺箍矩形短柱轴压承载力计算分析

螺旋箍筋应用于钢筋混凝土柱能明显提高柱的承载力及延性,为了研究五螺箍矩形混凝土短柱在轴心受压荷载作用下的力学性能和轴压承载力计算方法,首先,结合已有文献中的试验建立有限元模型,并将有限元分析结果与试验结果进行对比,以验证有限元模型的正确性;其次,基于材料用量相等的原则,设计了4种不同配箍形式的矩形截面柱,基于已验证了的有限元模型开展了不同混凝土强度对上述4种柱的轴压承载力和延性的影响研究;最后,通过对五螺箍柱进行参数分析,提出了基于体积配箍率的轴压承载力计算方法. 研究结果表明:五螺箍较五环箍、矩形箍和矩形螺旋箍柱构件承载力均值分别提高0.78%、6.70%和13.73%,延性系数均值分别提高2.00%、10.32%和10.41%,说明五螺箍柱有较高的承载力和延性;与各国规范提出的公式进行对比,本文建议的轴压承载力计算方法较为简便,且与试验值的误差均值仅为2.83%.      

埋入式H型钢桩-桥台节点受弯性能与承载力

为研究整体式桥台无缝桥中埋入式H型钢桩-桥台节点的受弯性能，通过建立节点的有限元模型，分析了桥台厚度、混凝土强度、钢桩朝向、埋深比、钢材强度和轴压比6个参数对节点受弯承载力和破坏模式的影响，并在此基础上，针对不同的破坏模式提出了节点受弯模型与承载力计算公式。研究结果表明:绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比小于2.0时发生桥台混凝土承压破坏，增大钢桩埋深比和混凝土强度等级可有效提高节点受弯承载力；绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比大于2.0时，或绕钢桩弱轴弯曲的节点在埋深比大于1.0时，发生钢桩屈服破坏，提高钢桩的钢材强度等级可提高节点受弯承载力；随着轴压比的增大，发生绕钢桩强轴屈服破坏的节点的受弯承载力明显降低，但轴压比对发生桥台混凝土承压破坏或冲切破坏的节点的受弯承载力的影响可以忽略；提出的节点受弯承载力计算方法能较为准确地预测不同破坏模式的埋入式H型钢桩-混凝土桥台节点的受弯承载力，计算值与有限元结果比值的均值和计算值与试验结果比值的均值为分别为0.981和0.941，因此，可用于该类型节点的受弯承载力计算和破坏模式分析；建议钢桩埋深不少于2.0倍桩宽与混凝土桥台厚度大于2.4倍桩宽，这样可有效避免桥台混凝土的承压破坏和桥台边缘混凝土的冲切破坏。