实体有限元模拟预制节段桥墩循环荷载分析

采用实体有限单元法模拟无粘结预应力、普通箍筋约束预制拼装桥墩在循环荷载下的力学反应,得到其荷载位移滞回曲线。为了提高预制拼装桥墩的滞回性能,改进模型,使用贯穿节段接触面的普通纵向钢筋作为能量耗散装置增强耗能能力。改进后的模型残余变形小,滞回性能高。     

不同轴压比下聚丙烯纤维增强混凝土墩抗震性能试验研究

为研究塑性铰区采用聚丙烯纤维混凝土(PP-ECC)桥墩的抗震性能,在不同轴压比(n=0.1、0.3)下对4个局部采用PP-ECC桥墩的试件进行低周反复荷载试验,分析桥墩试件的试验轴压比和PP-ECC区高度等设计参数对滞回特性、强度衰减、刚度退化、位移延性及滞回耗能等抗震性能的影响。结果表明:4个试件的破坏过程和破坏形态相似,最终破坏时纵向钢筋受压屈曲,PP-ECC保护层未剥落,核心PP-ECC保持良好;轴压比越大,强度衰减越快,刚度退化越严重,试件整体稳定性越差;PP-ECC桥墩的位移延性和极限位移转角随着轴压比的增加而降低,轴压比越小的试件变形能力越强;随着轴压比的增加,试件的耗能能力、承载能力和初始刚度都有一定的提高。     

高烈度区长联大跨连续梁减隔震设计研究

长联大跨连续梁上部结构惯性力较大,传统延性抗震设计方法很难满足桥梁抗震性能需求,减隔震技术是解决这一问题的有效途径之一。对大跨度预应力混凝土连续梁的减隔震设计进行探讨,以传统盆式橡胶支座抗震方案作为对比对象开展液体黏滞阻尼器减震、双曲面球型隔震支座隔震研究。利用ANSYS建立全桥有限元计算模型,采用非线性弹簧单元COMBIN37模拟液体黏滞阻尼器,非线性弹簧单元COMBIN40及弹簧单元COMBIN14模拟双曲面球型隔震支座,输入50年超越概率2.5%的3条地震波进行非线性时程反应分析。研究结果表明:液体黏滞阻尼器减震效果明显,但其自复位功能差,震后残余变形大,不利于震后的修复;采用双曲面球型隔震支座,除边墩外其余各墩较均匀分担了地震荷载,墩身抗震性能得到充分发挥,减震效果优于液体黏滞阻尼器方案,且其具备自复位功能,震后修复难度较低,因此双曲面球型隔震支座方案为本桥的减隔震设计最优方案,该方案可为高烈度区大跨连续梁的抗震设计提供参考。     

不同配筋率下铁路重力式桥墩抗震性能试验研究

为研究配筋率对铁路重力式桥墩抗震性能的影响,设计制作了5个桥墩模型,通过低周往复荷载试验研究桥墩的破坏状态,并从滞回曲线、骨架曲线、刚对退化、位移延性系数、耗能能力及钢筋与混凝土之间的黏结滑移等方面分析配筋率对桥墩抗震性能的影响。结果表明:配筋率对桥墩破坏阶段响应的影响较大;配筋率小于0.5%的桥墩,破坏时均为纵筋拉断且墩底混凝土无明显剥落,未形成明显的塑性区域;配筋率越高,桥墩的滞回曲线越饱满,水平承载力越大,累积耗能越多,相同加载位移下刚度越大,变形能力越强;水平荷载达到峰值之后,随着加载位移的增加,配筋率小于0.5%桥墩的承载力无明显下降,而配筋率为1.0%的桥墩的承载力不断下降;对于配筋率较低的铁路重力式桥墩,宜采用首次屈服法计算容许位移延性系数;配筋率对黏结滑移位移的影响显著,随着配筋率的提高,影响逐渐减小。     

动力荷载下钢管混凝土墩柱抗震性能极限分析

为研究钢管混凝土桥墩极限抗震性能，采用Abaqus软件建立圆钢管混凝土桥墩三维实体-壳单元有限元模型。为更准确的描述圆钢管混凝土桥墩的抗震性能退化、震后残余位移变化规律，模型中对混凝土引入裂缝、对钢管引入韧性损伤，进行单向拟静力、单向拟动力、双向拟动力、振动台加载下圆钢管混凝土桥墩抗震性能试验验证。分析结果表明：考虑水平裂缝和钢材韧性损伤影响的钢管混凝土墩柱实体-壳精细有限元塑性抗震计算方法合理，反映循环荷载下钢管混凝土桥墩的滞回曲线“捏拢”效应、塑性大变形阶段承载力退化现象和单、双向动力荷载下钢管混凝土桥墩震后残余位移，也反映钢管混凝土墩柱的界面滑移和约束作用规律；相同地震波作用下全填充钢管混凝土桥墩的地震响应最小，填充混凝土有利于提高桥墩的极限抗震能力。提出适用于双向地震波作用的钢管混凝土桥墩墩顶残余位移与最大位移响应之间的计算公式。     

灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩CFRP-外置耗能钢筋组合加固效果研究

灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩是目前中、低烈度区装配式桥梁常用的下部构件形式,现阶段该型装配式桥墩的抗震加固方法欠缺。以灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩为研究对象,设计制作了其1/6的缩尺模型,并基于其震损特点提出了一种采用CFRP-外置耗能钢筋的组合加固方式,开展了相同激励条件下加固前后桥墩试件的振动台试验。结果表明,墩身开裂、混凝土剥落、压碎以及墩底接缝开合等是灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩的主要震损模式;采用组合加固有效增加了震后装配式桥墩试件的刚度,减少了试件墩顶的水平位移,提高了加固试件的延性及耗能能力。     

2段式预制拼装预应力混凝土桥墩的抗震性能

以某拟建轨道交通桥墩为原型,按照相似比1:3进行整体现浇桥墩RC和预应力预制拼装桥墩PCS的设计。采用拟静力试验方法,一方面研究原型桥墩的正常使用性能和抗震性能,另一方面重点研究按照等效抗震性能设计原则设计的预制拼装桥墩的正常使用性能和抗震性能。研究结果表明:PCS的开裂荷载是RC桥墩的1.5倍。预应力混凝土节段拼装桥墩在地震作用下,墩柱整体损伤较小,主要是墩底附近混凝土发生开裂和压碎。在相同最大偏移率6%下,PCS的残余位移只有整体现浇试件的44%,PCS试件的耗能能力只有RC试件的1/3。预应力筋的初始预应力保持在屈服强度的30%,可以使墩柱在侧向偏移率达到6%时预应力筋也不会断裂。节段拼装预应力桥墩PCS可以取得与普通钢筋混凝土结构一样的荷载位移骨架曲线,具有较小的残余变形和良好的自复位能力,但是耗能能力差。     

小剪跨比铁路圆端桥墩拟静力试验及易损性分析

为厘清小剪跨比圆端铁路桥墩横桥向的地震损伤机理,以国内某铁路沿线桥梁为参考开展3组缩尺比1∶8的拟静力试验,对滞回曲线的延性、残余位移、滞回耗能和刚度退化4个方面进行分析,以试验结果为参考使用OpenSees建立纤维截面有限元模型并进行耐震时程动力计算,以桥墩的位移延性比为损伤指标,基于试验中观察得到的4个关键节点定义无、轻微、中度、严重和完全损伤5种损伤状态之间的位移延性比临界值,通过易损性分析桥墩的损伤发展历程。研究结果表明：1)配筋率从0.3%提升至0.7%,桥墩的承载能力提高至1.37倍,极限位移提高至1.22倍,最终残余位移提高至1.55倍,耗散能量增加至1.80倍,初始刚度提升至1.08倍,最终刚度提升至1.12倍。提高配筋率可以提升桥梁抗震性能,也能增加桥梁抗震韧性。2)当桥墩配筋率由0.3%提至0.7%时,在多遇地震下,轻微损伤概率从87.2%降为29.8%;在设计地震下,中度损伤的概率从63.5%降为30.0%;在罕遇地震下,严重损伤的概率从61.7%降为16.4%。纵筋配筋率可以大幅降低桥墩的损伤概率,提升桥墩的抗震性能。3)在现行铁路规范允许的延性系数为4.8时,...     

连续梁桥墩底自复位减隔震机理及参数优化分析

铁路连续梁桥一般只设置一个固定墩,在强震区固定墩的抗震能力难以满足需求,提出一种连续梁桥固定墩墩底自复位减隔震设计思想。在正常使用情况下,固定墩墩底与承台之间处于固接状态。在罕遇地震情况下,固定墩墩底与基础承台之间发生相对摇摆,减少了地震能量向上部结构的传递,并通过摆动过程中的相互摩擦消耗部分地震能量,起到减隔震作用。同时在地震余能和结构自重的共同作用下,使结构在震后基本能够自动恢复到初始平衡位置。以典型铁路三跨连续梁桥为例,研究了墩底自复位减隔震结构的减隔震机理,分析了墩底自复位减隔震结构主要参数对减隔震效果及滞回性能的影响。研究表明,在连续梁桥固定墩墩底设置自复位减隔震结构可以有效降低固定墩的地震响应,具有较好的减隔震效果。但在桥墩较矮时,会增大梁端纵向位移响应,在实际设计中应予以考虑。墩底自复位减隔震结构的椭圆长半径a、短半径b及桥墩高度H等参数对墩底自复位减隔震结构的减隔震效果有较大影响,而墩底自复位减隔震结构的摩擦系数μ对其减隔震效果影响相对较小。椭圆长半径与短半径之比a/b对墩底自复位减隔震结构的滞回性能有较大影响。     

框剪结构基于能量概念的抗侧刚度优化研究

基于势能驻值原理推导框剪结构的层刚度矩阵,用有限单元法的思想,形成总体刚度矩阵,用于结构的振型分解和周期计算。选取结构滞回耗能需求值与滞回耗能能力值之比与结构所受水平地震作用的乘积作为目标函数,应用振型分解法求解多自由度体系的滞回耗能需求值和能力值,建立框剪结构基于能量概念的抗侧刚度优化数学模型。采用罚函数法的思想,将非线性约束优化问题转化为非线性无约束优化问题,采用MATLAB编制优化程序。最后给出算例,算例表明本文方法和程序是正确可行的。