高恢复性钢筋混凝土圆柱的抗震试验研究

为了使钢筋混凝土圆柱在遭遇超过现行规范设定水准的巨大地震时仍能保持正刚性且残余变形足够小，提出了采用高强低粘结的无预应力钢绞线作为柱纵筋的办法. 为了验证这种方法的有效性，进行了4根钢筋混凝土圆柱的常轴压低周水平往复试验，其中3根采用钢绞线纵筋，1根采用普通钢筋作纵筋，研究了剪跨比和塑性铰区横向约束方式对钢绞线混凝土柱抗震性能的影响. 试验结果表明:剪跨比为3和4的配置钢绞线为纵筋的钢筋混凝土圆柱位移角达6%时，仍保持正刚性，且残余位移角在2%以内；和普通钢筋混凝土圆柱相比，当位移角为6%时，钢绞线混凝土圆柱的侧向承载力提高了90%，残余变形降低了73%；在柱的塑性铰区（1.5D，D为截面直径）采用螺栓连接的钢板进行横向约束可将柱的侧向承载力进一步提高15%，残余变形进一步降低21%；由于钢绞线存在明显的粘结-滑移效应，基于平截面假定的分析方法不适用于采用钢绞线的钢筋混凝土柱侧向承载力的评估.      

矩形混凝土空心墩延性抗震性能试验研究

为深入认识混凝土空心墩地震损伤机理并评估其延性能力,对不同剪跨比、纵筋率及配箍率的方形和矩形空心墩试件开展拟静力加载试验. 观测各墩裂缝分布和损伤情况,分析桥墩的滞回性能、曲率及位移延性,并结合文献试验数据探讨既有塑性铰公式对空心墩顶部位移能力计算的适用性. 研究结果表明:各空心墩试件呈弯曲破坏特征,延性系数均在5.0以上,抗震性能良好;相同剪跨比下空心墩抗剪性能弱于相同外尺寸实心墩;增加纵向率能够适当提升空心墩侧向承载力和极限位移;在低轴压比下,纵筋率和箍筋用量对空心墩位移延性系数的影响规律不明显;空心墩塑性铰长度随剪跨比、纵筋强度或直径、轴压比的增加而提高,随混凝土强度的增加而降低,而配箍率的影响不显著;Mander、孙治国和JRA塑性铰模型预测值与试验值误差不超过5%,其中Mander公式计算效果最佳,可用于评估空心墩等效塑性铰长度;规范中较多采用的Paulay-Priestley模型高估了空心墩塑性铰长度,会使得桥墩抗震设计偏于不安全.      

关于桥梁抗震设计细则中塑性铰区约束箍筋最低用量及桥墩抗剪强度的探讨

通过对新版桥梁抗震设计细则与国外规范中塑性铰区最低约束箍筋用量公式的对比,指出若按照新版抗震设计细则要求的塑性铰区最低约束箍筋用量配置桥墩箍筋可能无法满足抗震设计预期的延性要求,进而得出在相同配筋条件下的桥墩抗剪能力人为低估。     

灌浆套筒和预应力筋连接的预制拼装桥墩的抗震性能

针对轨道交通预制拼装桥墩的受力特点, 提出了采用灌浆套筒和预应力筋连接的拼装方案; 设计了3种不同类型桥墩, 包括整体现浇试件(RC)、预应力钢绞线和灌浆套筒连接的预制拼装试件(PCSS) 与精轧螺纹钢筋和灌浆套筒连接的预制拼装试件(PCTS), 采用拟静力试验方法分析了各种桥墩的各种拟静力指标, 比较了桥墩的抗震性能。试验结果表明: PCSS和PCTS试件的各指标非常接近, 最大误差为2.2%;灌浆套筒会使传统塑性铰区上移至套筒顶部, 说明灌浆套筒对传统塑性铰区域具有局部增强作用, 建议对塑性铰的箍筋加密区高度应额外增加1个套筒高度; 采用预应力筋使试件的混凝土轴压力增大了1倍, 相应的开裂荷载也增大了约1倍; PCSS试件的屈服荷载和极限荷载正负向均值比RC试件分别提高了31%和34%, 等效屈服位移、极限位移和偏移率均值分别比RC试件提高了17%、13%、13%, 但是PCSS试件的延性系数平均降低了10%;在偏移率为6%时, PCSS试件的残余位移均值是RC试件的61%, 显示了较好的自复位能力; 与RC试件相比, PCSS试件的刚度提高了13%。相比于精轧螺纹钢筋, 钢绞线可以适当弯曲与成束, 面积调整灵活, 因此, 采用无黏结预应力筋和灌浆套筒连接的桥墩试件具有良好的使用性能和抗震性能, 可作为预制拼装轨道桥墩的推荐方案。      

基于塑性铰体外预应力混凝土梁的简化计算

在承载能力极限状态下,可把简支梁的跨中区段视为1个等曲率塑性铰(塑性区段),其余梁段可视为直线并处于绕塑性铰刚性转动的位置.利用这一概念,建立了直接通过塑性铰区长度和曲率半径求体外预应力筋应力和梁极限弯矩的简化公式,用简化公式对国外有关6片体外预应力梁进行了计算,并与试验结果进行对比,证明本研究中的简化公式具有较好的精度,值得推广.     

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.     

氯离子腐蚀环境下桥梁抗震性能分析

氯离子腐蚀是海洋地区混凝土结构劣化的主要原因,为此提出了既有锈蚀钢筋混凝土桥梁长期地震评价的新框架。主要步骤包括腐蚀起始时间的计算、考虑腐蚀影响的材料模型的建立、桥梁立柱弯矩曲率分析。腐蚀的影响主要包括覆盖层和核心混凝土的退化,通过对桥梁在使用寿命中某一特定时刻的抗震能力进行比较,确定了桥梁结构中仅纵筋腐蚀、仅箍筋腐蚀和纵箍筋一起腐蚀对桥梁长期抗震性能的影响。分析表明:桥梁结构一起考虑纵筋和箍筋的腐蚀情况下抗弯能力比仅考虑纵筋腐蚀或者箍筋腐蚀要小很多;并且桥梁结构考虑纵箍筋一起腐蚀的情况下,桥墩结构的滞回耗能能力降低幅度最为明显;随着使用寿命的增加,桥墩结构的抗弯能力和滞回耗能能力均表现下降趋向。     

轻质混凝土连续刚构抗震性能分析

以某连续刚构为工程背景,研究采用轻质混凝土上部结构的高墩大跨连续刚构桥的抗震性能.通过对比分析,得知采用轻质混凝土和普通混凝土上部结构的全桥动力特性差异及其原因;采用纤维梁单元模拟桥墩塑性铰,分析了在大震激励下两种结构桥墩的塑性铰破坏程度与滞回耗能.分析结果表明,采用轻质混凝土上部结构能明显降低桥墩塑性铰区域的内力响应、消耗的能量及破坏程度.     

部分预应力混凝土梁塑性铰区长度的研究

为了研究部分预应力混凝土梁塑性铰区长度，进行了简支梁和连续梁模型试验。试验结果表明，部分预应力比率Rppc愈大，跨中处和中间支座处的塑性铰出现愈晚，净配筋指标对M－φ曲线的形状有很大的影响。给出了适用于变截面和不同配筋情况的PPC连续梁铰区长度计算公式，计算验证表明本计算公式简易可行。     

晋蒙黄河大桥引桥横向地震位移分析

求解双柱、多柱墩横桥向地震容许位移时,目前规范推荐的方法是依据截面的塑性铰特性采用Pushover分析法得到。而塑性铰特性与截面承受轴力相关,现行规范并未明确轴力如何取值。笔者认为《城市桥梁抗震设计规范》中求取超强弯矩时确定轴力的方法既易于理解又较为合理,在求取塑性铰特性时可以参照此方法。结合工程实例,利用Midas软件建立有限元分析模型,进行E2地震作用下三柱式桥墩横向Pushover分析并验算了桥墩的横向位移。     

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.     

高填方加筋路堤的稳定性数值分析

通过ANSYS建立高填方加筋路堤模型,采用强度折减法分析了路堤的稳定性并讨论了筋材长度、加筋层数对路堤稳定性的影响。研究表明,加筋后路堤的最大塑性应变区由边坡中上部转移到了下部,塑性应变区的位置要较未加筋时更深,从而有效提高路堤的稳定性、减小路堤侧向变形,且路堤安全系数随筋材长度和加筋层数的增加而增大,侧向变形随筋材长度和加筋层数的增加而减小。     

火灾作用下钢筋混凝土框架结构的损伤机制

基于ABAQUS软件平台,开发了适用于钢筋混凝土框架结构火灾反应分析的梁单元用户材料模型及子程序,从而可以较为准确地模拟火灾下钢筋混凝土构件的截面温度场.基于塑性增量理论,对在恒定加载与标准升温耦合作用下的钢筋混凝土框架结构模型进行了非线性全过程分析.通过不同受火工况下的非线性全过程分析,揭示了钢筋混凝土框架结构在火灾高温和荷载共同作用下塑性铰的分布规律和结构损伤机制,分析了发生火灾的房间位置对框架结构破坏机制的影响,进而对发生火灾的最不利位置进行了探讨.分析结果表明,钢筋混凝土框架结构构件内力随受火温度升高不断重新分布,构件受热膨胀引起的约束内力与荷载内力叠加将导致其出现塑性铰;受火房间的位置对钢筋混凝土框架结构塑性铰的分布和破坏机制有明显影响,因此,结构抗火设计时应考虑受火房间的不利位置.     

计入弹性基础效应的钢筋混凝土桥梁结构塑性倒塌分析

将钢筋混凝土桥墩墩顶在单位水平力作用下的变位，分解为桥墩的弹性弯曲变位、基础转动产生的变位及基础平动产生的变位之和，从而建立了一种计入弹性基础效应和弹性支座效应的钢筋混凝土梁桥横桥向抗震评估的塑性倒塌分析模型，给出了等效弹性地震荷栽计算方法、钢筋混凝土梁桥塑性倒塌分析计算公式及独柱墩在地震力作用下的双线性刚度实用分析方法。算例表明，计入弹性基础效应和弹性支座效应后，钢筋混凝土粱桥的最终抗震能力与结构延性明显下降。     

隔震桥梁非线性地震反应分析

根据隔震桥梁的设计特点，分别利用非线性水平和转动弹簧单元来模拟减，隔震支座和桥墩延性塑性铰的非线性性能，计及隔震器，减震器的作用对桥梁结构非线性弹塑性动力反应进行研究,采用大型结构分析软件ANSYS，结合算例分析了桥梁采用减，隔震支座和利用桥墩延性抗震的减震效果。     

圆形钢筋混凝土桥墩抗震性能试验评估(Ⅰ):试验设计及初步结果

根据现行《公路桥梁抗震设计细则》的基本要求,设计了三水平、四因素圆形钢筋混凝土桥墩拟静力正交弯曲破坏试验,并以墩顶力-位移滞回曲线、墩顶总位移的弯曲变形、剪切变形和应变渗透变形分量及截面平均曲率为主要测试对象,进行了相应的试验研究.结果表明:各桥墩的弯曲损伤破坏过程相似;纵筋率较低,轴压比较高的桥墩存在一定的剪切机制作...     

基于非线性反应谱法的小箱梁桥延性抗震设计方法

选取30 m跨径小箱梁,提出基于非线性反应谱法的延性抗震设计方法.通过PUSHOVER分析,得到全桥塑性铰屈服点和极限点,据此初步计算出全桥合适的位移延性系数范围.再设定不同位移延性系数,分别给出合适的纵筋配筋率和配箍率以确定结构的配筋并进行结构位移的验算.     

常规桥梁桥墩地震特性及塑性铰分析设计

桥梁抗震是近年来一直比较关注的问题,如何能保证主要桥梁在地震后不至于完全垮塌或通过维修即可恢复使用是桥梁抗震的主要研究方向和目标。结合汶川地震震害分析,利用桥梁有限元分析软件Midas,重点研究了桥梁桥墩的抗震特性,并提出了桥墩合理的抗震措施和桥墩塑性铰设置位置。     

侧向荷载下钢筋混凝土圆形桥墩抗裂性能研究

在分析钢筋混凝土构件抗裂性能材料力学原理的基础上,对比研究了截面抵抗矩塑性影响系数γ的计算方法和取值;考虑混凝土截面开裂时截面高度对其塑化系数α影响,根据圆形截面上力和力矩的平衡原理,推导了圆形钢筋混凝土桥墩在横向静载作用下的压弯模型开裂荷载计算公式;基于撞击荷载作用下材料动态本构关系,提出桥墩动态抗裂性能分析模型与开裂荷载计算方法;通过钢筋混凝土圆形桥墩模型的侧向静载及撞击试验对该方法和计算公式进行了验证,并讨论了轴向力对钢筋混凝土圆形截面抗裂性能的影响。     

海水中钢筋混凝土桥墩承载力分析

在海水环境中,由司:海浪及氯离子和硫酸盐的影响,使钢筋混凝土桥墩产生非均匀性腐蚀和损伤,再加上非均匀温度效应使桥墩处于偏心受压状态.因此,桥梁结构承载力分析除考虑材料的性能衰减、混凝土剥蚀和开裂,以及钢筋锈蚀等因素外,还要考虑钢筋非均匀锈蚀和保护层剥离的影响.文中利用结构分析软件考虑混凝土非线性和剥蚀及钢筋锈蚀,对钢筋混凝土桥墩的承载力进行非线性有限元分析.将计算结果与实测数据对比.分析结果显示:钢筋的锈蚀率和混凝土保护层开裂程度呈正比关系,但桥墩承载力降低很快,因此,当产生过宽的顺筋裂缝时,应及时采取修复措施.