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。     

长细比对柔性桥墩柱滞回性能影响分析

该文指出柔性桥墩柱是桥梁工程中经常采用的墩柱形式之一,为了研究不同长细比柔性墩柱的滞回性能,进行了3根圆截面柔性墩柱的低周反复加载试验,分析了其在循环荷载作用下的破坏过程,滞回曲线,刚度退化,强度衰减和骨架曲线。试验结果标明:长细比越大,试件的承载能力越差,滞回曲线越丰满,耗能能力越强。     

主余震序列波下钢筋混凝土墩柱的抗震性能分析

地震主震之后常常伴随着余震,可能给结构带来二次破坏。文章以普通钢筋混凝土墩柱为研究对象,基于理论分析和二维有限元非线性动力时程计算的方法,采用修正的Park-Ang损伤指标为依据,在主余震作用下对钢筋混凝土墩柱损伤分析,研究墩柱损伤指数随配筋率的变化规律。在多种工况下结构双参数损伤指数分析表明:在主震后处于完好或者轻微损伤状态的墩柱可以不计余震的影响;在主震后处于中等损伤或严重损伤的混凝土墩柱,需要考虑余震的影响。结构抗震设计时,应计入余震的作用,结构的主余震相应大小与余震的峰值加速度和频率特征有关;对主震造成中等损伤、严重损伤和倒塌的钢筋混凝土墩柱,配筋率在一定范围内增加可明显提高结构抗主震及其余震能力。本研究为提高钢筋混凝土墩柱抗余震能力提供有力支撑。     

节段拼装桥墩拟静力试验研究

采用拟静力试验方法比较承插式和节段式两种预制拼装桥墩在循环荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、耗能能力、残余变形和墩柱曲率分布的异同。试验结果表明：预应力筋提高了构件的自复位能力,而耗能能力降低;承插式构件破坏形态是弯曲为主的延性破坏,骨架曲线具有强度稳定段,水平抗力和耗能能力较优;节段式构件集中在节缝区域破坏,残余位移比承插式构件小得多。     

波纹管连接装配式桥墩抗震性能拟静力试验与数值模拟（双语出版）

为研究采用灌浆波纹管连接的装配式桥墩与整体现浇桥墩在抗震性能方面的差异,探究地震作用下预制拼装双柱桥墩的力学性能,分析节点的破坏机理,通过拟静力试验获得了灌浆波纹管连接预制拼装装配式桥墩与整体现浇桥墩的位移滞回曲线,并通过对试件进行位移延性分析、耗能能力分析及残余位移分析,对比研究灌浆波纹管连接装配式桥墩与现浇桥墩的抗震性能。研究结果表明：①灌浆波纹管试件与整体现浇试件的试验现象基本一致,装配式试件较整体现浇试件最大承载力降低6.7%;②二者屈服荷载与极限荷载误差均不超过10%,二者屈服位移相同但装配式试件较现浇试件的极限位移降低3%,灌浆波纹管试件的延性系数小于整体现浇试件;③两试件最大残余位移均在55 mm左右,但在相同滞回位移下,灌浆波纹管试件残余位移的产生速率大于现浇试件;④通过积分法对二者耗能能力进行比较,当滞回位移达到80 mm时二者耗能差值最大,为10.87 kN·m,达到最大位移时灌浆波纹管试件比现浇试件总的耗能能力小10%左右。可见在同样的设计参数情况下,保证装配式桥墩拼装接头的强度可靠性,基本能够达到现浇桥墩所要求的各项性能。     

波纹管连接装配式桥墩抗震性能拟静力试验与数值模拟

为研究采用灌浆波纹管连接的装配式桥墩与整体现浇桥墩在抗震性能方面的差异,探究地震作用下预制拼装双柱桥墩的力学性能,分析节点的破坏机理,通过拟静力试验获得了灌浆波纹管连接预制拼装装配式桥墩与整体现浇桥墩的位移滞回曲线,并通过对试件进行位移延性分析、耗能能力分析及残余位移分析,对比研究灌浆波纹管连接装配式桥墩与现浇桥墩的抗震性能。研究结果表明:①灌浆波纹管试件与整体现浇试件的试验现象基本一致,装配式试件较整体现浇试件最大承载力降低6.7%;②二者屈服荷载与极限荷载误差均不超过10%,二者屈服位移相同但装配式试件较现浇试件的极限位移降低3%,灌浆波纹管试件的延性系数小于整体现浇试件;③两试件最大残余位移均在55 mm左右,但在相同滞回位移下,灌浆波纹管试件残余位移的产生速率大于现浇试件;④通过积分法对二者耗能能力进行比较,当滞回位移达到80 mm时二者耗能差值最大,为10.87 kN·m,达到最大位移时灌浆波纹管试件比现浇试件总的耗能能力小10%左右。可见在同样的设计参数情况下,保证装配式桥墩拼装接头的强度可靠性,基本能够达到现浇桥墩所要求的各项性能。     

混凝土填充高度对部分填充圆形钢管混凝土桥墩柱抗震性能影响的试验研究

为了研究混凝土填充高度对部分填充圆形钢管混凝土桥墩柱抗震性能的影响,根据混凝土填充高度的不同设计了4根桥墩柱试件,其中1根空钢管桥墩柱和3根部分填充圆形钢管混凝土桥墩柱。通过在桥墩柱顶施加恒定的轴向压力及水平低周往复荷载的拟静力试验获得各试件荷载-位移滞回曲线及破坏形态等试验数据。利用各试件荷载-位移骨架包络曲线和耗能能力等试验结果,分析了混凝土填充高度对该类桥墩柱抗震性能的影响。结果表明:混凝土的填充没有改变桥墩钢管局部失稳的破坏形态,但延缓了钢管失稳变形的发展;同时随着混凝土填充高度的增加极限承载力、延性、耗能能力等都有较大提高,达到极限承载力后,承载力下降随着混凝土填充高度的增加变缓,表现出良好的抗震性能。     

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。     

近、远场强震下RC连续梁桥损伤及滞回耗能特性对比研究

以某高速公路RC连续梁桥为对象,建立可考虑桥墩非线性力学行为的全桥有限元数值模型,挑选典型近断层和远场强震记录,采用非线性时程积分方法并自编程序提取关键指标,对比分析了两类地震下频谱、峰值加速度(PGA)、持时等要素对滞回耗能、结构损伤的量值及其分布的影响规律。研究表明,地震动频谱特性对于结构地震响应有显著影响,PGV/PGA越大,会导致滞回耗能和损伤的显著增加;在同样的PGA和持时水平下,近场地震下桥墩各部位的滞回耗能及损伤均明显大于远场,且损伤沿桥墩出现的高度更大;在靠近墩底的一定范围内,近场地震下的滞回耗能和损伤所占比例小于远场,而在该区域以上则大于远场,表明近场地震下桥墩滞回耗能和损伤沿墩高的分布更加均匀。对比发现,近场地震对桥梁结构提出了更高的耗能和变形需求,且向桥墩上部延伸更加明显,对桥梁抗震设计提出了更高的要求。     

干接缝形状对节段拼装桥墩抗震性能的影响分析

为研究无粘结预应力筋连接的干接缝节段拼装桥墩在水平向低周往复位移荷载作用下的抗震性能和不同接缝形状的影响,建立了平面接触型和干接承插型两种接缝形式的实体有限元模型。其中混凝土采用损伤塑性模型,普通钢筋和预应力筋采用双折线模型,接缝处采用库仑摩擦模型。进行非线性时程分析,发现桥墩主要依靠接缝交替张开闭合提供水平变形能力,墩柱的破坏主要由底层节段混凝土压坏引起。通过两模型滞回特性、骨架曲线、延性性能和残余变形的对比,发现采用干接承插型接缝的桥墩与采用平面接触接缝的桥墩相比,最大承载力与耗能能力相当,但强度稳定段长,延性较好,残余位移也较小,具有更好的抗震性能。     

基于摇摆机械铰连接的自复位桥墩抗震性能研究

为减少自复位桥墩的摇摆界面可能由压力造成的混凝土压碎和预应力损失，同时加快预制桥墩与承台的连接速度，基于某采用钢筋提供耗能能力及恢复力的可恢复铰(简称RH铰),提出一种新型摇摆机械铰。该新型摇摆机械铰(简称摇摆铰)首先将RH铰的普通钢筋改为无粘结预应力筋和U形耗能器，分别为桥墩系统提供自复位能力和耗能能力，形成球形机械铰(简称球形铰),再增大支点与墩中心线的距离使重力提供稳定力矩。对该摇摆铰与球形铰结构构造进行对比分析，推导摇摆铰桥墩和球形铰桥墩的荷载～位移关系，对比2种桥墩的滞回曲线，并以某四跨连续梁桥为背景，采用非线性时程分析方法对比分析采用摇摆铰和球形铰桥梁的地震响应。结果表明：摇摆铰桥墩的滞回曲线呈典型的旗帜形，而球形铰桥墩的滞回曲线可用弹塑性曲线表示；在相同条件下，摇摆铰桥墩比球形铰桥墩具有更强的水平承载能力和自复位能力；与采用球形铰的桥梁相比，采用摇摆铰的桥梁中墩处主梁峰值位移更大，中墩墩底剪力相近，残余位移更小，自复位性能更优。     

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。     

基于CDP模型的装配式双柱桥墩在低周往复加载下的力学性能研究

以南京市某改扩建装配式桥梁建设为背景,研究低周往复加载作用下装配式双柱实心桥墩的整体力学性能。利用混凝土塑性损伤模型(CDP)与Clough钢筋模型建立考虑套筒的节段装配桥墩有限元模型,分析装配式桥墩的混凝土损伤、钢筋应力等随加载过程的变化规律。结果表明,灌浆套筒局部加强墩柱刚度,使得混凝土损伤上移;混凝土损伤先出现在墩的顶底部,但首先被压坏的部位位于墩柱中部;墩中部箍筋首先屈服,最终墩顶、底部的纵筋大部分屈服;双柱实心矮墩的滞回曲线较扁,耗能能力较弱。     

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。     

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。     

新型SCEB力学性能及其在双柱式桥梁结构中的应用

基于结构"保险丝"概念和减小残余位移的目的,提出采用自复位耗能支撑(SCEB)应用于双柱式桥梁结构的设计理念。首先提出一种新型SCEB-自复位防屈曲支撑,阐明其工作机理并通过试验验证了其力学性能;然后基于新型SCEB的力学性能,建立附加SCEB双柱式桥墩结构的恢复力模型,并给出双柱式桥墩结构中新型SCEB的设计方法,通过合理设计SCEB使其先于桥墩屈服并耗能,可减小主体结构墩身的地震损伤,并且能够有效控制桥梁结构震后的残余位移;最后基于OpenSees软件平台,验证SCEB应用于双柱式桥梁结构中的可行性和有效性,并对附加新型SCEB的双柱式桥梁结构进行抗震性能分析。新型SCEB试验结果验证了合理的设计能够实现新型支撑具有稳定的耗能能力和良好的自复位功能,其力-位移滞回曲线呈明显的旗帜形特征;数值模拟结果不仅验证了附有"保险丝"构件的新型耗能桥梁结构的抗震性能优于传统横系梁桥梁结构,还验证了SCEB作为"保险丝"附加在桥梁结构中的有效性;附加新型SCEB的双柱式桥梁结构与附加传统BRB双柱式桥梁结构相比,在提高桥梁结构横向刚度的同时,对桥墩主体结构具有更好的保护作用和耗能能力,特别是能够减小甚至消除桥梁结构的残余位移。     

千米级斜拉桥横向减震体系振动台试验

工程中常采用的斜拉桥横向固定体系会增大桥墩、桥塔及其基础的抗震需求，从而增大斜拉桥在地震作用下的损伤破坏风险。为解决这一问题，以已研发的桥梁新型横向钢阻尼器为减震耗能装置，采用振动台试验方法，研究大跨度斜拉桥横向减震体系在近、远场地震作用下的减震效果。以苏通大桥为背景，设计1/35几何相似比的斜拉桥全桥试验模型，并分别进行横向减震体系和传统的横向固定体系的振动台试验。其中，将钢阻尼器与滑动型球钢支座并联布置于桥墩处、钢阻尼器布置于桥塔处形成横向减震体系。基于试验结果进行减震体系的减震行为分析。研究结果表明：在近、远场地震作用下，减震体系均能显著地减小主梁传递给桥墩和桥塔的地震力，其中墩梁、塔梁连接横向传力均减小50%以上，且将主梁位移限制在可接受范围内；减震体系也显著减小了塔身位移、曲率以及墩底曲率需求，其中，塔底截面曲率平均减小了34%，近塔辅助墩墩底曲率平均减小了67%；钢阻尼器拥有饱满的滞回曲线，但其滞回特性与地震输入有关；相对于支座的摩擦耗能，钢阻尼器的耗能能力更显著；在带有速度脉冲的近场地震作用下，钢阻尼器以及支座的位移响应具有明显的脉冲特点。     

ε型钢阻尼减震支座在连续箱梁桥中的减隔震应用效果分析

以陕西省某(20+33+20)m连续梁桥为工程背景建立有限元模型,分别对采用普通橡胶支座及ε型钢阻尼减震支座方案的桥梁内力、位移响应进行了计算和分析,计算结果表明:ε型钢阻尼减震支座的滞回曲线饱满,具有良好耗能减震作用,采用ε型钢阻尼减震支座可有效地减小桥梁各墩柱地震力,同时桥梁梁端位移也大大减小。     

初始预应力对节段拼装空心桥墩抗震性能影响试验研究

为探究初始预应力对采用无粘结预应力连接方式的节段拼装混凝土桥墩抗震性能的影响，采用拟静力试验对2组预应力引起轴压比分别为0.075和0.150的模型试件，在循环荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性性能、残余位移、刚度退化、预应力损失、耗能能力等指标进行了对比分析。结果表明：1) 2组试件破坏模式均为弯曲破坏；2)初始预应力水平的提高有助于降低试件的预应力损失，同时也会降低其延性性能和残余位移，但基本不会对试件的刚度退化和耗能能力产生影响，不建议通过提高初始预应力的方式提高侧向承载能力。     

弯曲损伤混凝土桥墩抗震性能分析

在役桥梁的混凝土桥墩往往存在着一定程度的初始损伤.以有初始弯曲损伤的混凝土中高桥墩为研究对象,根据数值分析,研究不同初始弯曲损伤程度混凝土桥墩的抗震力学性能.分析结果显示,初始损伤会降低桥墩的自振周期,减小地震侧向力,增加桥墩墩顶位移和墩底的曲率.初始损伤对钢筋应变响应的增加较为显著,可以作为损伤桥墩抗震力学性能的控制指标.由于地震力减小而位移增加,初始损伤对耗能能力的影响不确定,在较小损伤的情况下增加耗能总量,而在0.3损伤的情况下耗能减小.