近断层强震作用下城市组合钢板梁桥RC桥墩震后可修复性研究

为研究近断层地震动作用下城市组合钢板梁桥钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)桥墩的震后可修复性,以8度区、Ⅲ类场地的城市组合钢板梁桥为背景,分析在E2水平近断层地震动作用下RC桥墩的残余位移比。采用正交试验设计方法,按现行规范试设计25座典型三跨连续城市组合钢板梁桥样本,采用验证后的有限元建模方法建立全桥动力模型,分析跨径、桥宽和桥墩长细比对RC桥墩残余位移比的影响。并以样本中某3×35 m三跨连续组合钢板梁桥为研究对象,进行有限元模型参数分析,研究RC桥墩设计参数(轴压比、长细比、纵筋配筋率和体积配箍率)对残余位移比的影响。结果表明：组合钢板梁桥跨径、桥宽和桥墩长细比均对RC桥墩残余位移比有明显影响;RC桥墩残余位移比与轴压比和长细比成正比关系,而与纵筋配筋率和箍筋体积配箍率成反比关系;为提高城市组合钢板梁桥在近断层地震动作用下桥墩的可修复性,建议RC桥墩轴压比不超过10%,长细比不超过8,纵筋配筋率取1.5%～2.0%,箍筋体积配箍率取0.6%～1.2%。     

形记忆合金主动约束钢筋混凝土桥墩的抗震特性研究

过去地震中钢筋混凝土(RC)桥墩的损坏多数是由于弯曲延性不足或抗剪能力不够而引起的,为改善其抗震性能,在地震地面运动激励下,研究分别使用碳纤维增强复合材料(CFRP)和形状记忆合金(SMA)后RC桥墩的抗震特性.结果表明:在提高墩柱的强度、等效刚度以及降低墩柱的残余位移等方面,使用SMA均明显优于使用CFRP.     

荷兰Dintelhaven桥的设计建造特色

2001年建成通车的位于荷兰鹿特丹港的Dintelhaven桥.为主跨185 m的三跨连续刚构桥.该桥首次在大跨径预应力混凝土箱梁桥中,采用碳纤维材料(CFRP)为体外预应力筋.全桥使用了4根长度为75 m的CFRP体外预应力束.每根CFRP体外预应力束则由91个直径为5 mm的CFRP筋组成.本文根据相关资料重点介绍了设计及建造该桥时,与CFRP体外束有关的短期和长期荷载性能试验情况,以及CFRP体外束的锚具开发研究和设计构造细节的处理特色.     

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。     

荷兰Dintelhaven桥的设计建造特色

2001年建成通车的位于荷兰鹿特丹港的Dintelhaven桥,为主跨185 m的三跨连续刚构桥.该桥首次在大跨度预应力混凝土箱梁桥中,采用碳纤维材料(CFRP)为体外预应力筋.全桥使用了4根长度为75 m的CFRP体外预应力束.每根CFRP体外预应力束则由91根直径为5 mm的CFRP筋组成.该文根据相关资料重点介绍了设计及建造该桥时,与CFRP体外束有关的短期和长期荷载性能试验情况,以及CFRP体外束的锚具开发研究和设计构造细节的处理特色.     

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。     

爆炸荷载下CFRP加固桥墩的动力响应分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件对钢筋混凝土桥墩进行爆炸模拟分析,分析3种CFRP(碳纤维增强复合材料)加固方式下桥墩的抗爆性能。模拟结果表明,CFRP加固能显著减小桥墩在爆炸荷载作用下的侧向位移,有效提高桥墩的整体承载能力和抵抗局部破坏的能力,是一种高效的抗爆加固技术;加固模式M(以仅桥墩端部包裹0.8 m CFRP)21.7%的材料用量实现了与加固模式W(全墩高包裹CFRP)基本相同的加固效果;由于CFRP条带的剥落及条带间混凝土的局部破坏,不推荐加固模式E(全墩高条带包裹CFRP)对桥墩进行抗爆加固。     

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。     

混凝土桥墩施工期水化热及表面抗裂影响因素研究

为提高混凝土桥墩表面抗裂性能,对其施工期水化热及表面抗裂影响因素进行研究。选取尺寸为1.5m×1.2m×1.6m的重力式矩形混凝土桥墩,采用ANSYS建立有限元模型,对桥墩的水化热温度场与应力场、养护工艺及构件设计参数对水化热温度场及其表面开裂的影响进行分析。分析结果表明:混凝土桥墩水化热过程中,由于钢筋传热,对混凝土表面温度场及箍筋、纵筋相应位置混凝土表面应力场产生影响。采取养护措施对预防混凝土早期开裂效果较好,混凝土表面应力值比无养护约下降0.6 MPa。桥墩表面温度应力随混凝土保护层厚度增大而减小,随箍筋直径增大而增大,箍筋间距变化对其影响不明显。     

受弯CFRP加固RC梁破坏行为数值模拟及实验验证

准确表征碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)构件的破坏行为是构建其加固设计理论的基础。采用混凝土塑性损伤模型来描述混凝土的受压和开裂行为,引入粘聚力模型来模拟CFRP与混凝土界面的粘结—滑移关系,应用有限元软件Abaqus建立CFRP加固RC梁的有限元模型,模拟了CFRP加固RC梁在三点弯曲载荷下的准静态破坏行为,并进行了验证实验。数值模拟和采用三维数字图像相关(DIC)方法的测试结果表明,受弯CFRP加固RC梁的准静态破坏过程可划分为:混凝土开裂、受拉钢筋屈服、受拉钢筋硬化、CFRP-混凝土界面局部损伤、CFRP局部剥离、CFRP完全剥离、RC梁残余变形等7个阶段,而且数值模拟与实验结果吻合得较好。     

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。     

PP-ECC用于墩底塑性铰区域的抗震性能试验

为增强桥墩的抗震能力，探讨塑性铰区域采用聚丙烯纤维水泥基复合材料（PP-ECC）桥墩的抗震性能和损伤容限，设计并制作3个剪跨比为7的钢筋混凝土高墩试件，其中2个桥墩试件的塑性铰区域采用不同高度的PP-ECC材料，1个普通混凝土桥墩为对比试件。基于低周反复荷载试验获得桥墩试件开裂过程、破坏形态和水平力-位移滞回曲线等试验结果，对比分析墩底潜在塑性铰区采用不同PP-ECC高度对桥墩延性、承载力、耗能以及刚度等抗震性能指标的影响，并与普通混凝土桥墩的抗震性能指标进行对比分析。研究结果表明：与普通混凝土桥墩相比，采用PP-ECC材料可以明显改善桥墩的破坏形态，控制裂缝的宽度和发展，提高桥墩的损伤容限；局部使用PP-ECC材料可以提高桥墩的位移延性系数，该构件具有良好的变形能力和抗倒塌能力；相对普通混凝土桥墩，PP-ECC桥墩的滞回曲线面积更大且滞回环更加饱满，骨架曲线下降段较为平缓，承载能力和刚度退化缓慢，耗能能力提高了20%；PP-ECC材料高度增加1倍，桥墩位移延性系数提高了15.2%，能量耗散系数变化不大，试件的侧移刚度有一定的提高，刚度退化变缓；墩底PP-ECC材料与普通混凝土相交的界面未出现剪切滑移现象，可见PP-ECC材料的黏结性较好，可以保证2种材料协同受力，共同工作。     

RC空心墩等效塑性铰长度理论模型的试验研究

既有等效塑性铰长度模型考虑了诸多因素的影响，但对塑性铰形成过程中纵筋拉伸漂移影响的关注不够，针对变截面空心墩塑性铰的研究也较少。为探讨变截面空心墩塑性变形特性，建立空心墩通用的塑性铰模型，在已有试验成果的基础上，开展了5个变截面圆端空心墩的拟静力试验。考虑变截面及墩底实心段的影响，假定了墩身曲率分布，给出了变截面圆端空心墩墩顶位移能力的计算方法；基于塑性位移等效原则，推导出考虑弯曲、纵筋拉伸漂移和黏结滑移影响的塑性铰长度待定参数模型，根据文献中7个等截面和本文变截面空心墩的试验结果，对待定参数进行标定，得到等截面和变截面空心墩等效塑性铰长度的统一模型，并采用另外6个试验结果验证了所给模型的适用性。研究结果表明：由于墩底实心段、倒角和墩身变截面的共同影响，变截面圆端空心墩塑性铰区整体上移，极限状态时钢筋拉断/屈曲及混凝土压溃主要集中在墩底空心倒角上缘附近；塑性铰长度随墩高L、截面宽度h、剪跨比λ和应变渗透参数(f_yd_b/√f'_c)近似呈线性变化；既有模型给出的等截面矩形空心墩塑性铰长度结果中，Priestley、李贵乾和韦旺的估值略高；所提模型的计算结果具有更高的精度和更小的离散性，适用于估算等截面和变截面空心墩的等效塑性铰长度。     

灌浆波纹管装配式PC双柱墩双向拟静力试验

为了解双向荷载作用下灌浆波纹管装配式双柱墩的抗震性能,设计和制作了现浇混凝土墩、灌浆波纹管连接和预应力灌浆波纹管混合连接装配式双柱墩构件。开展了装配式双柱墩的双向拟静力试验,研究了破坏模式、滞回特性、骨架曲线、刚度退化、残余位移和接缝张开规律等,并与现浇混凝土双柱墩墩进行比较,重点分析了灌浆波纹管连接装配式预应力混凝土（PC）双柱墩的位移延性和变形性能。结果表明,整体现浇墩和波纹管连接装配式双柱墩的破坏形态均是以弯曲破坏为主的延性破坏,预应力增大了轴压,使得双柱墩的柱脚混凝土压碎高度增大到15 cm,而灌浆波纹管连接装配式混凝土墩的柱脚破坏高度为10 cm。双向荷载作用下,现浇墩的耗能能力、极限承载力、刚度等均大于灌浆波纹管装配式墩。增加预应力筋后,装配式双柱墩强轴方向的滞回耗能、承载力、刚度和变形能力等可以接近现浇墩,其中承载力达到现浇墩的97.9%。位移延性系数为4.79,大于现浇墩的位移延性系数3.23,残余变形则降低到现浇墩的70%。同时,预应力灌浆波纹管装配式墩2个方向的位移延性和变形能力更为接近,均可以形成完全塑性铰机制,从而避免了一个方向的过早破坏,整体抗震性能明显提升。研究结果可以为灌浆波纹管装配式PC双柱墩的设计和应用提供试验基础。     

预应力碳纤维条带加固混凝土圆墩抗震性能试验

针对地震灾害中桥墩柱的破坏形态,考虑轴压比变化、预应力大小、纤维布层数和加载顺序等因素的影响,对9根采用与未采用预应力碳纤维条带加固的钢筋混凝土圆形墩柱进行了低周反复荷载试验研究。通过各试件主要破坏形态和滞回曲线的对比,分析了各因素对承载力、延性性能、滞回特性、耗能能力等重要抗震性能指标的影响。结果表明：采用预应力碳纤维条带加固后,柱的承栽力、延性性能、耗能能力均有较大幅度提升;预应力碳纤维条带提供的主动横向约束力能有效抑制斜向剪切裂缝的开展,将圆墩柱的破坏形态由剪切破坏转变为延性较好的弯曲破坏;先施加轴力后进行预应力碳纤维条带加固所得的加固承载力低于后施加轴力的试件。     

复杂应力状态下的钢筋混凝土桥墩抗震性能研究

文中以玉湛线高速路中实桥桥墩为原型建立桥墩三维有限元仿真模型,模拟地震组合荷载作用下桥墩结构响应,分析抗震性能影响因素及有效抗震措施.主要研究在双向地震作用、上部结构恒载活载等组合荷载作用下的结构响应基础上,桥墩弯、剪、扭复杂应力状态下的抗震性能及其影响因素,包括塑性铰区抗剪强度、墩顶位移、含箍率,以及轴压比对钢筋混凝...     

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。     

配置高强钢筋与普通钢筋的预制桥墩滞回性能试验

预制拼装桥墩的抗震性能是桥梁工业化技术的研究热点之一。在预制拼装桥墩的设计中,采用高强钢筋替代普通强度的钢筋,可以减少钢筋用量,加快接缝面的钢筋连接速度,然而,其抗震性能需要进一步研究。为对比钢筋强度对预制拼装墩柱的抗震性能影响,制作了2个具有相同尺度的混凝土试件,分别配置高强钢筋（HRB600E）和普通强度钢筋（HRB400）,开展滞回加载试验研究。结果表明：采用高强钢筋的预制拼装桥墩,具有较大的等效屈服强度和极限强度,且在塑性阶段,其极限位移和屈服后位移角增量也显著增加,同时,其较小的滞回耗能和残余位移,表明这种桥墩具有较小的塑性损伤和较好的自恢复性能;采用高强钢筋的预制拼装桥墩的刚度退化速度较为缓慢,残余刚度大,有利于震后应急通行和修复。最后,本文还对高强钢筋与普通强度混凝土在预制拼装桥墩中的联合使用进行了合理性论证。研究成果可为预制拼装桥墩抗震设计提供参考。     

矩形空心墩等效塑性铰模型

为准确计算矩形空心墩变形能力，基于弯曲、剪切和纵筋滑移三分量变形模型分析影响有效刚度和等效塑性铰长度的主要因素。通过考虑剪切变形的贡献引入空心率的影响，确定计算有效刚度和等效塑性铰长度的公式形式。通过对48根发生弯曲破坏的矩形空心墩拟静力试验结果进行回归分析，分别标定出有效刚度和等效塑性铰长度计算公式中的参数。利用基于建议公式的等效塑性铰模型计算矩形空心墩荷载-位移骨架曲线，并与另外3根试件的试验结果进行比较。基于48根矩形空心墩拟静力试验结果，对各国规范关于有效刚度和等效塑性铰长度的计算公式进行评估。研究结果表明：矩形空心墩有效刚度随轴压比、纵筋率和剪跨比的增大而增大，随d_bf_y/（L·f_c）和空心率的增大而减小；等效塑性铰长度随墩高、截面高度、纵筋率、空心率及d_bf_y/f_c的增大而增大；利用基于建议公式的等效塑性铰模型得到的矩形空心墩荷载-位移骨架曲线与试验结果吻合较好；各国规范关于有效刚度和等效塑性铰长度的计算公式对矩形空心墩试验结果的估计均偏于不安全，建议公式具有更高的精度和更小的离散性。     

粘贴加固材料厚度与钢筋混凝土T梁极限承载力分析

为研究粘贴法加固钢筋混凝土T梁的极限承载力,运用ANsYs有限元程序分别建立了粘贴钢板和粘贴碳纤维两种T梁常用加固方法的模型,分析了不同粘贴厚度下T梁的极限承载力,并对两种加固方法的效果进行了比较。结果表明：T梁的极限承载力不随加固材料粘贴厚度的增厚而线性增大,当加固材料厚度达到某值时,极限承载力便不再提高：当粘贴钢板厚度超过8mm,碳纤维厚度超过0．334mm时,梁的破坏形式由塑性破坏转变为脆性破坏;相对粘贴钢板而言．使用碳纤维加固T梁极限承载力提高较大。