连续梁桥固定墩的抗震设计方法研究

中大跨度连续梁桥固定墩系统是连续梁桥纵桥向抗震的重点。结合国内外研究成果及各国抗震设计规范，从延性抗震、能力保护设计思想出发，对固定墩桥墩、基础及支座的抗震设计进行了系统探讨，并给出了完整的设计流程。     

基于变形能力的钢筋混凝土桥墩约束箍筋用量评价

针对地震作用下钢筋混凝土桥墩的变形能力要求,研究桥墩潜在塑性铰区约束箍筋的用量问题。借助美国PEER柱抗震性能试验数据库,整理了35根弯剪破坏墩柱的拟静力试验数据,通过统计分析评价我国桥梁抗震设计原《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)和现行《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)中最低约束箍筋用量对保证桥墩变形能力的可靠性,并与美国、欧洲主要桥梁抗震设计规范进行对比,之后建立了具有85%保证率的弯剪破坏桥墩极限位移角计算公式。研究结果表明:以2%桥墩极限位移角为评价目标,现行《公路桥梁抗震设计细则》满足桥墩变形能力要求;而以3%桥墩极限位移角为评价目标,该规范配箍要求略偏于不安全,在高地震危险区桥墩抗震设计时应予以注意。     

PUFA加固钢筋混凝土柱抗震性能数值模拟

汶川特大地震后,交通运输部颁布了新的<公路桥梁抗震设计细则>,采用了两水平设防,两阶段设计的抗震设计理念,由单一的强度设计修改为由强度和变形等多指标控制的抗震设计方法.但是,对于现役钢筋混凝土桥墩而言,如何通过科学的抗震加固方法来增加其变形能力乃是提高我国整体桥梁结构抗震水平的关键.采用新型材料PUFA材料,对现役钢筋混凝土桥墩进行了抗震加固设计.为了验证其抗震加固效果,利用OpenSees软件对每个加固模型分别进行了PUSHOVER数值解析,并与常用的混凝土加大截面法和粘贴碳纤维加固法的加固效果进行分析比较.研究结果表明:利用PUFA进行抗震加固不仅可以切实提高钢筋混凝土桥墩的韧性,而且比常规的抗震加固方法具有更好的抗震加固效果.     

桥梁抗震设计中桥墩抗剪能力计算公式的评价

对Priestley等人建议公式、美国ATC-32规范、美国Caltrans规范、日本规范及我国《公路桥梁抗震设计细则》的抗剪能力计算公式进行比较分析,得出的主要结论是,Priestley等人建议公式计算出的桥墩抗剪能力最大,《公路桥梁抗震设计细则》较为保守;ATC-32和Caltrans规范对高延性桥墩混凝土抗剪能力的评价偏高。     

罕遇地震作用下山型轨道连续梁桥抗震性能研究

山型轨道连续梁相对于传统的U形轨道,具有更大的工程应用优势。现以某轨道交通的高架桥为工程背景,选取30 m+40 m+30 m山型连续梁作为研究对象,进行纤维划分建立抗震分析模型,选择三组人工拟合地震波,进行罕遇地震作用的时程分析。结果表明:固定墩已进入塑性状态,但其桥墩弹塑性变形的位移延性比满足设计要求。同时,研究了不同的体积配箍率对于桥墩抗震性能影响。结果表明:体积配箍率的增加,能有效地提高塑性铰抗剪承载能力,且也能增加桥墩的容许变形,提高结构的延性。上述研究结论可给类似桥梁的分析与设计工作提供一定参考。     

高烈度区城市高架桥钢桥墩抗震构造措施研究

随着我国大中城市对基本设施建设的大力发展,越来越多的钢结构桥梁被更为广泛应用。但我国公路和城市桥梁抗震设计规范中对钢桥墩应采用的抗震构造细节设计并未规定。为了使钢桥墩在高烈度区更为安全的应用,总结过去钢桥墩发生的震害现象并分析破坏机理。对世界上主流的抗震规范中关于钢桥墩抗震构造措施的规定进行比较,得出日本抗震规范较为全面的包含了钢桥墩应采用的抗震构造措施规定。以其为依据,举例说明其在国内一在建城市高架桥梁钢桥墩抗震设计上的具体应用细节,为今后同类桥梁抗震设计提供一定的借鉴作用。     

直接基于位移的预制拼装墩柱抗震设计

基于性能的设计是桥梁抗震设计未来的发展方向之一,而基于位移的抗震设计方法是实现基于性能设计的最佳途径。预制拼装预应力混凝土桥墩的受力特性与普通钢筋混凝土现场浇筑桥墩的受力特性有较大区别,为了实现中高烈度区桥梁快速化施工建造,对基于位移的预制拼装预应力混凝土桥墩抗震设计方法进行研究。基于节点弯矩-曲率分析和非弹性位移反应谱,提出基于位移的预制拼装桥墩设计方法。首先根据基于性能的设计思想,结合预制拼装桥墩的受力特点,确定5个性能水平和对应的工程需求参数;然后推导塑性转动从接缝张开算起的目标位移的计算方法;提出单柱式预制拼装桥墩直接基于位移的抗震设计步骤,对该种旗帜形滞回响应结构的等效黏滞阻尼、非弹性位移反应谱、设计水平力、弹性开裂刚度等内容进行研究。以某拟静力往复加载试验预制拼装桥墩为例进行直接基于位移的设计,并进行纤维模型非线性地震时程分析,比较两者结果,验证所提方法的正确性。     

装配式桥墩抗震性能的提升方法研究进展

针对提高装配式桥墩抗震性能的不同方法,从结构刚度、抗剪能力、自复位能力、延性耗能和施工便易性等方面对比分析了其优缺点、适用性及研究思路等。首先,基于装配式桥墩抗震设计的难点和抗震性能的主要缺陷,提出该问题的研究背景;其次,分别从改进结构形式与材料、节段连接方式以及设置耗能装置等角度,归纳对比了国内外提升装配式桥墩抗震性能的主要措施;然后,剖析了这些措施的相关研究思路与研究方法。在此基础上,提出有待进一步研究的主要问题,即完善适合于装配式桥墩的理论分析方法,开展装配式双柱墩的抗震性能研究,提高装配式桥墩建造的便利性与经济性,并从桥梁体系的角度来分析其抗震性能。     

钢筋混凝土桥墩破坏模式识别方法

鉴于破坏模式对钢筋混凝土桥墩抗震加固和基于性能的抗震设计中性能目标量化的重要性,根据钢筋混凝土桥墩的破坏特点和破坏模式,统计分析各国钢筋混凝土桥墩抗震试验资料。基于钢筋混凝土桥墩抗剪需求和能力的关系,对混凝土强度f′c、纵筋配筋率ρl、体积配箍率ρv、规则化的纵筋配筋率、规则化的体积配箍率、轴压比、剪跨比a/h0和规则化的箍筋间距进行双参数相关分析和偏相关分析,确定各因素与桥墩塑性铰区抗剪需求与能力比值Vp/Vn的相关程度。研究结果表明:以ρl≤2.173%、a/h0≥3.880、Vp/Vn=0.7作为钢筋混凝土桥墩弯曲破坏模式的判别条件,以Vp/Vn>1.0且a/h0≤1.865作为剪切破坏模式的判别条件,以1.865≤a/h0≤3.880作为弯剪破坏模式的判别条件是合理的。     

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。     

双柱排架变截面桥墩抗震行为分析

以某高速公路项目为依托,针对变截面双柱排架墩进行抗震行为研究。结合混凝土用量及配筋原则,分别选取墩高相同的变截面双柱排架墩和等截面双柱排架墩进行Pushover分析。采用强度及位移延性两种指标对两种桥墩的抗震性能进行比较,并对不同高度变截面桥墩的抗震行为进行评价。此外还研究了中系梁布设位置及刚度变化对变截面双柱排架墩抗震行为的影响,并根据分析结果提出桥墩中系梁布设原则,对桥墩抗震设计具有一定的指导意义。     

基于减隔震技术的预制拼装桥墩抗震设计

节段预制拼装桥墩技术在低地震区应用相对比较常见,高震区特别是8度区以上地区应用很少,究其原因是因为高震区的抗震问题尚未得到大家统一认可.现以河北地区一处立交主线桥抗震设计计算为例,阐述减隔震技术在预制拼装桥墩抗震设计方面的应用.通过计算分析可知,预制拼装桥墩上采用减隔震技术可很好地满足工程要求并能回避预制拼装接缝延性耗能问题,是高震区预制拼装桥墩抗震一个比较好的选择.     

作为能力保护构件的桥梁群桩基础设计地震力简化计算方法

在桥梁延性抗震设计中,群桩基础往往作为能力保护构件进行设计。基于这一设计方法,计算群桩基础的设计地震力时,需要计算承台的地震惯性力。该文建立了承台-墩梁两质点模型,分析了承台惯性力随桥墩刚度的变化规律,提出了承台地震惯性力的简化计算公式,以及群桩基础的设计地震力简化计算公式。最后,以实际桥梁工程为背景建立有限元计算模型,通过弹塑性时程分析验证了简化计算公式的正确性和实用性。     

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。     

自复位双柱式摇摆桥梁抗震设计方法及工程应用

为发展具有损伤可控特性和自复位能力的摇摆结构新型桥梁抗震体系,对自复位双柱式摇摆桥梁的抗震设计方法及其工程应用进行研究。在摇摆桥墩受力机理和旗帜形滞回分析模型基础上,提出其在消压、屈服和设计极限状态的计算方法,并给出限定残余位移侧移率小于1%的回复能力验算公式。考虑到摇摆桥墩的力学行为和变形特点,提出直接基于位移的摇摆桥梁结构抗震设计方法,给出设计原则及具体的设计步骤,并把该方法成功应用到黄徐路跨线桥梁抗震设计中。在此基础上,数值分析不同设计地震作用下摇摆桥梁结构的性能状态及其性能指标,并介绍了中国首座自复位摇摆桥梁工程——黄徐路摇摆桥梁工程实践,展示了实桥应用中的一些抗震构造细节。研究结果表明:提出的验算公式可为设计计算提供充分的理论依据;E1地震作用下耗能钢筋没有屈服且具有较高的安全储备;在E2地震作用下,随着桥梁发挥摇摆功能,摇摆桥墩刚度减小,地震力增幅变小,有效实现了结构减震功能,且震后桥墩残余位移较小,可忽略不计,实现了结构自复位功能,满足了既定的抗震设计目标。     

基于支座有限损伤的简支梁桥抗震设计方法

我国公路简支梁桥的使用量大面广,其抗震安全性对确保震后交通网络的畅通具有重要意义。采用统计分析和数值模拟等方法,对"5·12"汶川地震中958座简支梁桥的6 594组支座、2 136个桥墩的震害表现和简支梁桥震损过程进行分析,结果表明:对于位于烈度Ⅷ度及以上地区的桥梁,板式橡胶支座的震害难以避免,但支座破坏对桥墩具有保护作用。提出基于支座有限损伤的简支梁桥抗震设计思想和理论框架,容许支座出现有限损伤来保护桥墩。通过提出合理的支座性能目标、预测桥梁的地震响应和采取相应的限位措施来控制支座损伤。通过大量的计算分析提出B类桥梁的支座容许损伤定量指标。     

城市快速路与轨道交通合建高架桥桥墩设计研究

为节省用地和减少工期,某机场快速路工程采用城轨共建的双层高架桥结构型式,下部结构采用Y形桥墩。城市快速路与轨道交通合建高架桥是一种节省空间、提高效率、美化环境的新型桥梁结构,但也面临着复杂的受力和抗震问题。为满足公路规范和铁路规范的要求,对下横梁及桥墩采用容许应力法和极限状态法双重控制设计。在抗震设计中,考虑轨道梁无缝线路长钢轨约束的影响以及加入基础和后继结构的影响,计算结果更准确合理。计算结果表明桥梁的静动力性能均能满足规范要求,为该类桥梁的设计施工提供依据。     

大跨连续刚构桥系梁地震响应分析

为研究系梁参数及系梁屈服后对桥墩内力的影响,基于Perfom-3D有限元软件,对单墩模型和全桥模型进行研究分析。结果表明,系梁的设置减小了桥墩内力;系梁刚度越大,桥墩内力值越小;通过增设系梁,系梁成为结构抗震设计的薄弱环节,在设计地震或者罕遇地震下,系梁先于桥墩进入屈服,消耗了地震能量,提高了桥墩的抗震性能,从而保证了桥梁结构的安全,这种设置适中刚度系梁的桥墩具有明显的抗震优势。     

波纹钢管约束承插式拼装桥墩抗震性能研究

承插式预制拼装桥墩是将预制混凝土墩柱插入承台预留的凹槽内，在间隙中填充混凝土或灌浆料连接形成的装配式结构，承台预留槽内设置波纹钢管以增强对桥墩根部的横向约束。开展承插式拼装桥墩和现浇桥墩2组试件的拟静力荷载试验，研究了承插式拼装桥墩的抗震性能以及波纹钢管的横向约束效应，并通过相关影响参数的模拟分析，探讨了承插深度、灌浆料强度和连接界面处理方式对承插式桥墩抗震性能的影响规律，为其抗震设计提供依据。研究结果表明：波纹钢管约束承插式桥墩柱脚形成的塑性铰区域及破坏形态与现浇桥墩基本一致，承载能力没有明显差异，但破坏时极限位移提高约20%,结构延性和耗能能力有所提高，波纹钢管约束承插式拼装桥墩具有良好的整体性和抗震性能；随着承插深度的增加，承插式桥墩的抗震性能随之提高，当承插深度超过0.6D(D为墩身直径)时，其抗震性能提升趋于缓和；当灌浆料强度达到桥墩主体混凝土强度后，继续增加强度对桥墩抗震性能影响不大；相对光滑界面连接，波纹键齿和梯形键齿连接的承插式桥墩承载能力分别提高约30%和26%,累积耗能分别提高20%和15%,波纹键齿连接的效果最优。     

双柱偏心墩抗震性能研究

由于文物遗址保护的要求,桥下桥墩布置条件受限,因此对双柱墩做关于道路中心线偏心的设计,同时需要研究双柱偏心墩在地震作用下的地震响应。通过midas Civil对双柱偏心墩建模进行空间有限元动力分析,以得到双柱偏心墩在地震荷载作用下纵横向桥墩和桩基的地震响应。并对纵横向桥墩和桩基地震响应进行分析,得到双柱偏心墩地震响应特征,对今后双柱偏心墩的抗震性能分析具有一定的参考意义。