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,得到其荷栽位移滞回曲线。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。     

西曲阜大桥预制与现浇墩柱抗震性能对比试验研究

依托威海西曲阜大桥的预制拼装桥墩设计,开展比例1∶3. 5的预制拼装与现浇墩柱抗震性能对比试验,预制拼装墩柱采用灌浆套筒连接。试验表明:预制拼装墩的滞回曲线呈现一定的捏缩现象,现浇桥墩的滞回曲线相对较为饱满;两种桥墩试件的水平抗力和延性系数基本相同,可以满足设计要求;预制墩对应的等效屈服位移和极限位移较大;预制墩柱在同一位移幅加载下的单圈耗能比现浇墩柱小,但总耗能比现浇墩柱大;预制墩柱的损伤、残余位移等自恢复指标均优于现浇墩柱。采用灌浆套筒连接的预制拼装桥墩的抗震性能与现浇桥墩相当,自恢复性能较好,是一种可靠的桥墩构造形式。     

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.     

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.     

锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能数值模拟

锈蚀钢筋混凝土桥墩处于抗震不利状态,因而其抗震滞回性能研究尤为重要。笔者从钢筋截面积减小、屈服强度降低以及钢筋和混凝土黏结性能退化等方面,进行了锈蚀钢筋混凝土结构性能退化机理分析,通过建立锈蚀钢筋混凝土桥墩有限元模型,分析了桥墩在反复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线和耗能性能随锈蚀率的变化,结果与试验吻合较好,证明了模拟锈蚀钢筋混凝土桥墩滞回性能的有效性。     

RC矩形空心墩的新型滞回模型及参数识别方法

为了准确模拟RC （reinforced concrete）矩形空心桥墩的刚度退化特性，为桥梁震后可恢复性能研究提供理论基础，进行了不同设计参数的14个RC矩形空心墩模型拟静力试验. 通过引入峰值位移影响系数体现刚度退化与峰值位移的关联，建立修正的Bouc-Wen-Baber-Noori （BWBN）滞回模型；基于粒子群-引力搜索混合智能优化算法（combination of particle swarm optimization and gravitational search algorithm，PSOGSA）识别实测滞回曲线对应的滞回参数，并建立桥墩设计参数与滞回参数间的对应关系，进而总结滞回参数的经验预测方法. 研究结果表明:修正的BWBN滞回模型曲线与实测滞回曲线吻合程度高，相关性系数在0.98以上，且新型滞回模型能准确地反映出桥墩侧向刚度随墩顶位移退化的特性；PSOGSA算法能精确地识别实测滞回曲线的模型参数；采用经验预测方法得到的模型曲线与实测滞回曲线的相关性系数为0.83，该方法适用于缺乏实测滞回曲线的桥墩.      

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。      

CFRP加固受损桥墩的抗震性能试验研究

以某城市立交工程为背景,建立桥墩缩尺模型,完成CFRP加固前后模型墩的拟静力破坏试验,分析研究模型墩加固前后的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线和能力耗散系数曲线.研究表明,采用CFRP加固受损桥墩,可有效恢复桥墩抗震性能,甚至得到提高,加固效果明显.     

柔性横系梁钢管混凝土双柱墩抗震性能分析

基于Pushover分析方法与滞回分析,探索柔性横系梁对钢管混凝土双柱式桥墩抗震性能的影响,采用非线性纤维梁柱单元,建立单柱墩、柔性横系梁双柱墩和刚性横系梁双柱墩模型,并进行计算对比分析,研究横系梁刚度的变化对墩顶位移能力、位移延性系数及滞回性能的影响。结果显示,随横系梁刚度增大,墩顶的位移延性能力减小,位移延性系数增大,桥墩水平承载能力提高,同时滞回耗能性能提高。     

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.      

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.      

胶接缝连接的节段拼装桥墩抗震分析模型

采用胶接缝连接的节段拼装预应力混凝土桥墩在地震荷载作用下会在接缝区域张开,出现不连续的现象.采用常规纤维模型分析方法对这一现象进行了有限元分析.计算结果与试验结果的对比表明,建议的用素混凝土短柱模拟胶接缝的方法,可以比较准确地预测低周反复荷载作用下采用胶接缝连接的节段拼装预应力混凝土桥墩的滞回特征.     

车辆撞击下UHPC连接预制拼装桥墩动力响应及耐撞性能优化

以UHPC连接预制拼装高架桥墩为研究对象,基于LS DYNA软件对车辆撞击桥墩进行非线性有限元分析.通过UHPC试块轴压试验与落锤试验得到CSCM本构模型;并分析了不同撞击速度下预制拼装桥墩与整体现浇桥墩撞击力、变形发展规律及内力响应的异同;最后通过改变接缝钢筋直径,接缝处摩擦系数及下接缝处UHPC高度等关键参数进一步对预制拼装桥墩耐撞性能进行优化.结果 表明:撞击后预制拼装桥墩的振动周期明显比整体现浇桥墩要短;拼装柱裂缝发展由墩底杯口上端向撞击背面延伸,整体柱则是从墩底延伸;两个桥墩的墩底易出现剪切破坏,被撞击处易发生弯曲破坏,其中拼装柱墩顶可能还会发生弯曲破坏,整浇柱墩顶易出现剪切破坏,拼装柱和整体柱抗撞性能差异不大;此外提高UHPC高度,相较于接缝钢筋直径和接缝处摩擦系数,对拼装柱耐撞性能提升最为明显,桥墩损伤破坏和动力响应也明显下降,可有效提升该桥墩的耐撞性能.     

钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱抗震性能影响

为了研究钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱在地震荷载下的弹塑性滞回性能的影响,采用有限元OpenSEES对试验墩柱进行了有限元数值模拟,同时参数分析了在改变墩柱延性、钢筋屈服强度、混凝土的约束以及加载历程对粘结滑移曲率的影响。分析结果表明：考虑钢筋粘结滑移的模型能较好地反映滞回曲线的“捏拢”效应以及墩柱强度与刚度的退化作用,与实际结果模拟较好,可供钢筋混凝土墩柱数值模拟和地震反应分析参考。     

往复荷载下预制预应力混凝土梁柱接合部受力性能数值模拟

预制预应力混凝土梁柱接合部（PPC-BCC）作为结构构件间柔性连接的主要形式,在建筑、桥梁等结构中具有广阔的应用前景.文中探讨了基于三维杆系结构纤维模型程序实现复杂受力状态下PPC-BCC数值模拟的方法和途径,建立了符合PPC-BCC主要结构特性和受力特点的有限元建模方式.计算结果与试验结果对比表明：由于采用了完善的材料滞回模型和合理的有限元建模方式,本文方法及程序可以较准确用于复杂受力状态下PPC-BCC受力性能的数值模拟.     

面向纤维单元的钢筋混凝土材料滞回本构模型开发

采用纤维单元模型进行工程结构地震非线性分析,建立精确的材料单轴滞回本构关系,并开发有效的数值计算工具.采用Hoshikuma提出的考虑箍筋约束效应的骨架曲线,通过修正Yassin加卸载滞回规则、引入损伤变量和压-拉转换刚度退化因子建立混凝土材料的滞回本构模型;钢筋材料采用经典的Menegotto-Pinto模型.利用FORTRAN语言开发了混凝土和钢筋单轴本构模型隐式算法子程序.以NSCP程序为平台,通过材料子程序接口,将其植入到主程序中.在材料及结构层次上分别进行数值模拟,并与试验结果进行对比.结果表明,所提出的材料本构模型适用于模拟分析钢筋混凝土结构进入弹塑性状态后的非线性行为,所开发的材料模型子程序具有满足工程需要的计算精度.     

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.      

非正交水平荷载作用下局部锈蚀RC矩形墩抗震性能研究

针对锈蚀钢筋混凝土(RC)桥墩,采用OpenSees软件结合已有实验数据,建立其有限元数值模型并加以检验,据此通过拟静力加载和动力时程分析,探究不同锈蚀位置和非正交加载角度对其抗震性能的影响,结果发现:锈蚀位置靠近墩底塑性铰区域,抗震性能退化显著;锈蚀位置上移后抗震性能退化迅速减弱;拟静力作用下,随着加载角度趋向强轴,RC桥墩的屈服荷载和最大侧向荷载明显提高,延性增大,滞回耗能能力显著增强.反之,加载角度偏近弱轴,最大侧向荷载和位移延性系数则受锈蚀影响明显,退化加剧;地震动作用下,墩底位置发生锈蚀时,墩顶最大位移角最大,墩底最大剪力和弯矩最小,随锈蚀位置上升,最大位移角减小,抗弯和抗剪强度提升;地震动输入角度由弱轴偏向强轴时,墩顶最大位移角减小,墩底最大剪力和弯矩增大,其中抗弯强度的提升幅度比抗剪强度大.研究结果可对在役锈蚀RC桥墩的抗震性能评估提供理论依据.     

客运专线桥墩-基础滞回特性的模型试验研究

通过桥墩基础与地基模型相互作用的滞回特性试验,获得墩顶力与位移的滞回及骨架曲线.采用静力Pushover法,对模型桥墩进行建模分析.分析中考虑地基土性质的复杂性以及滞回特性分析中要考虑土的加载、卸载以及再加载的本构关系.研究模型桥墩在周期性反复荷载作用下,进入非线性阶段的能量耗散、滞回特性、延性性能、破坏机理和破坏特征.     

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.