薄壁拉筋矩形钢管混凝土墩柱抗震性能研究

相比圆钢管混凝土墩柱,矩形钢管混凝土墩柱的惯性矩大、稳定性强,但其对填充混凝土的约束较差。为探究端部拉筋和加载方向对矩形钢管混凝土墩柱抗震性能的影响,开展2根方形和2根矩形钢管混凝土墩柱的拟静力试验,分析比较端部拉筋以及加载方向对桥墩的刚度、承载力、耗能、刚度退化以及残余变形的影响规律。并采用ABAQUS有限元软件建立拉筋钢管混凝土桥墩精细三维实体-壳单元模型,有限元模型中混凝土单元引入裂缝,钢材引入韧性损伤以考虑更准确的拉筋钢管混凝土桥墩的抗震性能退化规律。研究结果表明：与传统钢管混凝土桥墩相比,端部拉筋约束钢管混凝土墩柱的屈服荷载、水平峰值荷载、累计耗能和弹性刚度分别提高49.3%、42.8%、24.1%和15.1%,抗震性能优于传统钢管混凝土桥墩。与弱轴加载相比,强轴加载时桥墩的屈服荷载、峰值荷载累积耗能和弹性刚度分别提高了45.1%、44.9%、51.7%和7.1%,表明强轴加载时更易发挥抗震性能。采用有限元软件建立的钢管混凝土桥墩精细三维实体-壳单元模型与试验结果吻合良好,反映了循环荷载下拉筋钢管混凝土桥墩的塑性大变形阶段承载力退化现象和滞回曲线“捏拢”效应。有限元模型计算的...     

2段式预制拼装预应力混凝土桥墩的抗震性能

以某拟建轨道交通桥墩为原型,按照相似比1:3进行整体现浇桥墩RC和预应力预制拼装桥墩PCS的设计。采用拟静力试验方法,一方面研究原型桥墩的正常使用性能和抗震性能,另一方面重点研究按照等效抗震性能设计原则设计的预制拼装桥墩的正常使用性能和抗震性能。研究结果表明:PCS的开裂荷载是RC桥墩的1.5倍。预应力混凝土节段拼装桥墩在地震作用下,墩柱整体损伤较小,主要是墩底附近混凝土发生开裂和压碎。在相同最大偏移率6%下,PCS的残余位移只有整体现浇试件的44%,PCS试件的耗能能力只有RC试件的1/3。预应力筋的初始预应力保持在屈服强度的30%,可以使墩柱在侧向偏移率达到6%时预应力筋也不会断裂。节段拼装预应力桥墩PCS可以取得与普通钢筋混凝土结构一样的荷载位移骨架曲线,具有较小的残余变形和良好的自复位能力,但是耗能能力差。     

高层斜交网格结构斜交柱节点抗震性能研究

以钢管混凝土(CFST)斜交交点为原型,利用ANSYS建立三维实体模型,对其进行往复荷载作用下非线性分析。分析在不同加载阶段钢管、加强环、竖向连接板、核心混凝土等各部件的应力分布情况,研究斜交节点的水平力-位移滞回曲线及横向刚度的退化。选取钢管内的核心混凝土强度等级、钢管的宽厚比D/t、竖向连接板厚度和2个斜柱夹角等4个控制参数,研究其对斜交节点的抗震性能的影响。研究结果表明:不同加载阶段各个部件的最大应力出现位置不同;钢管内的混凝土在初始压力以及钢管套箍的作用下表现出较高的延性与强度;斜交节点的滞回曲线饱满,初始刚度较大,且加载过程中横向刚度退化较为平缓,表明钢管混凝土斜交节点的抗震性能良好;钢管的宽厚比D/t、斜柱夹角可直接影响斜交节点的极限荷载、滞回性能及刚度退化,而核心混凝土强度等级、竖向连接板厚度对斜交节点的极限荷载、滞回性能及刚度退化影响较小。     

高速铁路桥墩等效塑性铰长度研究

研究目的:等效塑性铰长度在墩柱的简化抗震设计中普遍用于预测墩顶的极限水平位移。高速铁路桥墩具有截面尺寸大、纵筋率较低等特点,目前我国铁路抗震设计规范未对桥墩的塑性铰长度给出建议值,设计人员只能参考现有的经验公式进行抗震设计,其适用性还不明确。本文基于9个高速铁路圆端形桥墩拟静力试验数据,对多个桥墩进行塑性铰长度的参数分析,与多种设计规范进行对比,旨在研究并提出适用于高铁桥墩的塑性铰长度公式,以方便桥墩抗震设计。研究结论:(1)利用纤维截面梁柱单元,采用修正Chang-Mander混凝土模型进行分析,与试验曲线吻合良好;(2)桥墩高度和轴压比对塑性铰长度影响较大,钢筋屈服强度与直径对其影响较小;(3)相比于已有的规范公式,本文提出的公式可更为准确地预测高铁桥墩的塑性铰长度;(4)该研究成果可用于高速铁路桥梁的抗震设计与分析。     

钢骨混凝土T形截面柱节点抗震性能研究

为研究钢骨混凝土T形截面柱节点的构造措施及抗震性能,对6个钢骨混凝土T形截面异形柱节点及2个混凝土T形截面异形柱节点进行试验,考虑单、双向荷载作用下节点低周反复荷载作用,测得了节点梁端荷载-位移曲线和骨架曲线以及各阶段的荷载和位移值,并分析了节点的延性、耗能、抗剪性能、功比指数及破坏形态。试验研究表明,该节点形式具有很好的延性和能量耗散能力,证明配有钢管和型钢的钢骨混凝土T形柱和钢筋混凝土梁连接方法是可靠的,节点能够有效传递弯矩和剪力。由于柱为钢骨混凝土柱,节点核心区的抗剪承载力有了较大的提高。双向荷载作用下试件的屈服荷载、极限荷载及破坏荷载相对单向情况下的均较小。     

不同轴压比下聚丙烯纤维增强混凝土墩抗震性能试验研究

为研究塑性铰区采用聚丙烯纤维混凝土(PP-ECC)桥墩的抗震性能,在不同轴压比(n=0.1、0.3)下对4个局部采用PP-ECC桥墩的试件进行低周反复荷载试验,分析桥墩试件的试验轴压比和PP-ECC区高度等设计参数对滞回特性、强度衰减、刚度退化、位移延性及滞回耗能等抗震性能的影响。结果表明:4个试件的破坏过程和破坏形态相似,最终破坏时纵向钢筋受压屈曲,PP-ECC保护层未剥落,核心PP-ECC保持良好;轴压比越大,强度衰减越快,刚度退化越严重,试件整体稳定性越差;PP-ECC桥墩的位移延性和极限位移转角随着轴压比的增加而降低,轴压比越小的试件变形能力越强;随着轴压比的增加,试件的耗能能力、承载能力和初始刚度都有一定的提高。     

不同配筋率下铁路重力式桥墩抗震性能试验研究

为研究配筋率对铁路重力式桥墩抗震性能的影响,设计制作了5个桥墩模型,通过低周往复荷载试验研究桥墩的破坏状态,并从滞回曲线、骨架曲线、刚对退化、位移延性系数、耗能能力及钢筋与混凝土之间的黏结滑移等方面分析配筋率对桥墩抗震性能的影响。结果表明:配筋率对桥墩破坏阶段响应的影响较大;配筋率小于0.5%的桥墩,破坏时均为纵筋拉断且墩底混凝土无明显剥落,未形成明显的塑性区域;配筋率越高,桥墩的滞回曲线越饱满,水平承载力越大,累积耗能越多,相同加载位移下刚度越大,变形能力越强;水平荷载达到峰值之后,随着加载位移的增加,配筋率小于0.5%桥墩的承载力无明显下降,而配筋率为1.0%的桥墩的承载力不断下降;对于配筋率较低的铁路重力式桥墩,宜采用首次屈服法计算容许位移延性系数;配筋率对黏结滑移位移的影响显著,随着配筋率的提高,影响逐渐减小。     

高性能钢管混凝土柱在水平低周反复荷载作用下的试验研究

进行了4根高性能钢管混凝土和2根高性能钢筋混凝土柱在水平低周反复荷载作用下的试验研究。试验结果表明:支座约束及钢管径厚比是影响高性能钢管混凝土柱抗震性能的主要因素,高性能钢管混凝土柱的滞回特性、位移延性和极限相对位移受其影响显著;钢管内埋于支座并配置一定数量的抗剪钢筋是一种有效的支座嵌固形式;相同含钢率的钢管混凝土抗震性能远较钢筋混凝土试件的抗震性能好。     

预制拼装铁路重力式桥墩的抗震性能研究

为适应中国铁路建设向高烈度震区快速发展的需要,解决传统预制拼装桥墩墩柱及承台连接位置薄弱等问题,提出一种灌浆波纹管连接的模块化预制拼装桥墩体系,通过设置承台与墩身塑性区域共同浇筑及墩底局部无黏结段增强桥墩的抗震性能。制作1个局部无黏结整体现浇铁路重力式桥墩模型和1个局部无黏结预制拼装铁路重力式桥墩模型开展拟静力试验,并结合有限元分析,进行预制拼装铁路重力式桥墩抗震性能研究。结果表明：局部无黏结预制拼装桥墩整体连接性能稳定,可通过墩底塑性区域破坏与墩身及节段间的摇摆实现共同消能,其破坏模式表现为墩底塑性区域的弯曲破坏,未发生破坏位置转移现象;局部无黏结预制拼装桥墩等效塑性区域高度比整体现浇桥墩降低,抗侧向水平承载力与耗能能力提升显著,位移延性能力良好,可适应更大加载位移,最终累积耗能增长64.3%;结构接缝位置连接稳定可靠,同等加载位移下等效刚度基本一致,抗震性能得到明显提高;预制节段划分对预制拼装铁路重力式桥墩抗震性能的影响不大。     

小剪跨比铁路圆端桥墩拟静力试验及易损性分析

为厘清小剪跨比圆端铁路桥墩横桥向的地震损伤机理,以国内某铁路沿线桥梁为参考开展3组缩尺比1∶8的拟静力试验,对滞回曲线的延性、残余位移、滞回耗能和刚度退化4个方面进行分析,以试验结果为参考使用OpenSees建立纤维截面有限元模型并进行耐震时程动力计算,以桥墩的位移延性比为损伤指标,基于试验中观察得到的4个关键节点定义无、轻微、中度、严重和完全损伤5种损伤状态之间的位移延性比临界值,通过易损性分析桥墩的损伤发展历程。研究结果表明：1)配筋率从0.3%提升至0.7%,桥墩的承载能力提高至1.37倍,极限位移提高至1.22倍,最终残余位移提高至1.55倍,耗散能量增加至1.80倍,初始刚度提升至1.08倍,最终刚度提升至1.12倍。提高配筋率可以提升桥梁抗震性能,也能增加桥梁抗震韧性。2)当桥墩配筋率由0.3%提至0.7%时,在多遇地震下,轻微损伤概率从87.2%降为29.8%;在设计地震下,中度损伤的概率从63.5%降为30.0%;在罕遇地震下,严重损伤的概率从61.7%降为16.4%。纵筋配筋率可以大幅降低桥墩的损伤概率,提升桥墩的抗震性能。3)在现行铁路规范允许的延性系数为4.8时,...     

波纹腹板钢−混组合箱梁抗震性能研究

对3榀不同剪力连接度的波纹腹板钢?混凝土组合箱梁进行竖向低周反复荷载作用下的力学性能试验研究,重点对组合箱梁的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化规律等抗震性能进行试验分析。研究结果表明:在低周反复荷载作用下,波纹腹板钢?混凝土组合箱梁主要有弯曲破坏和弯剪破坏2种破坏形式;荷载?位移滞回环较为饱满,无明显捏缩现象,具有较好的抗震性能;骨架曲线可分为近似弹性、弹塑性和破坏3个阶段;随着剪力连接度的增大,极限位移、破坏位移显著增大,试件耗能能力显著增加,适当增加波纹腹板钢-混凝土组合箱梁的剪力连接度,可有效提高其耗能能力;具有较好的延性,有利于震后的正常使用和修复;由于损失积累,使得正向耗能能力高于反向耗能能力;刚度退化前期受参数影响较为敏感,后期退化规律趋于平缓。     

圆钢管活性粉末混凝土长柱轴心受压承载力分析

应用 ABAQUS建立了圆钢管活性粉末混凝土( reactive powder concrete,简称 RPC)长柱有限元模型,计算得到16个试件的荷载-变形曲线和极限承载力,极限承载力计算结果与已有试验结果吻合较好。研究长细比和套箍系数对圆钢管RPC长柱轴心受压极限承载力的影响,并对长柱和短柱的受力性能进行了比较。研究结果表明：不同长细比试件的荷载-变形曲线在弹性阶段均吻合良好,在弹塑性阶段出现破坏以后,曲线均有不同程度的偏差;不同套箍系数试件弹性阶段的荷载-变形曲线及极限承载力均区别不大,套箍系数较大的圆钢管 RPC 长柱后期强度提高较大,且延性较好;圆钢管 RPC 短柱的弹性阶段比长柱有所延长,极限承载力亦显著增加;短柱破坏表现为核心混凝土破坏、钢管屈服,长柱破坏表现为整体失稳。     

方中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回性能的有限元分析

研究方中空夹层钢管混凝土压弯构件的滞回性能是进行该类结构弹塑性动力反应分析的基础。本文利用有限元软件ABAQUS建模,模型中合理地考虑了往复荷载作用下混凝土的损伤以及刚度和强度退化,同时考虑了钢材的包兴格效应,对往复荷载下方中空夹层钢管混凝土压弯构件的荷载—位移全过程进行了计算,计算结果与试验结果符合较好。在此基础上,结合钢管和混凝土的纵向应力分布云图对构件的荷载—位移全过程进行了分析,这对深入研究该类构件的工作机理有重要意义。     

圆形配筋钢管混凝土桥柱受压力学性能的试验研究

为研究圆形配筋钢管混凝土桥柱的受压力学性能,对中空圆钢管柱、圆钢管混凝土(CFT)柱及配筋圆钢管混凝土(RCFT)柱进行轴压试验,探讨混凝土强度、钢筋配置的数量和位置、加强肋、钢管的径厚比等对配筋圆钢管混凝土柱的承载力和变形性能等力学性能的影响。研究表明:(1)对于CFT柱,柱破坏时核心高强混凝土表现出明显的脆性,柱的极限受压承载力提高,变形性能降低。(2)钢筋的配置提高了核心混凝土的抗剪承载力,柱破坏时核心混凝土未发生剪切破坏。RCFT柱比中空钢管柱和CFT柱具有更高的承载力和更优的变形性能。(3)带加强肋的柱破坏时核心混凝土与加强肋密不可分,加强肋对于钢管和核心混凝土的一体化性能有明显的促进作用,加强肋可提高约束效果,柱的极限受压承载力和延性都有所提高。(4)钢管径厚比越大,对核心混凝土的约束效果越好。     

高铁桥梁装配式双柱空心墩承插深度研究

高铁桥梁桥墩刚度大,结构及构造有别于公路及市政桥梁,大量既有公路、市政承插式桥墩的研究成果是否适用于承插式铁路墩,需进行深入系统的研究。建立现浇和承插式双柱原型空心墩的非线性有限元模型,并结合既有试验结果验证了建模方法的正确性。通过模拟桥墩在拟静力往复作用下的力学行为,得到双柱空心墩的力-位移曲线,对比承插式桥墩与现浇桥墩滞回性能的差异,结合应变渗透效应及纵筋发展长度确定了承插深度的合理取值范围,并提出最小承插深度计算公式。结果表明：承插式桥墩与现浇墩的承载力差别很小,墩高5 m和10 m时,相差最大为2.8%;承插式桥墩和现浇墩的刚度退化规律基本一致,刚度随着侧向位移的增加而降低,位移较小时刚度退化较快,位移较大时刚度退化减慢;纵筋在塑性铰区及承台顶以下应变渗透区内屈服,在此区域以下400 mm范围应变则迅速减小,应变渗透区段为承插式墩身易损部位;根据本文提出的最小承插深度计算公式得到的高铁空心墩的最小承插深度设计值为0.5D(D为墩柱外径)。为保证承插式桥墩的安全性,应采取合理构造措施确保桥墩应变渗透区段抗震性能,推荐高烈度区桥墩的承插深度大于0.5D。     

不锈钢钢筋混凝土梁抗震性能试验研究

通过3根不锈钢钢筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁的拟静力试验,研究不锈钢钢筋混凝土梁的抗震性能。结果表明:试验梁在荷载作用下均经历了弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和强度退化阶段;与普通钢筋混凝土梁相比,不锈钢钢筋混凝土梁的屈服位移、极限位移和位移延性系数均有明显增大,延性性能得到改善,强度和刚度退化较为平缓,滞回曲线较为饱满,滞回环面积加大,其总耗能是普通钢筋混凝土梁的2.36～4.25倍,其能量耗散系数是普通钢筋混凝土梁的1.12～2.63倍,表现出良好的抗震性能。随着配箍率的增加,不锈钢钢筋混凝土梁试件的极限承载力、屈服强度、延性、耗能能力逐渐增大,刚度退化减缓。随着混凝土强度的提高,试验梁的承载能力、屈服强度、刚度和总耗能明显提高,但位移延性系数有所降低。     

考虑刚度退化的铁路低配筋混凝土桥墩抗震评估方法

根据已有试验结果,得到适用于铁路低配筋混凝土桥墩的荷载位移双折线模型.选取4类场地的320条实际地震记录,利用该双折线模型研究4类场地的强度折减系数谱值随桥墩屈服后刚度折减系数变化的规律.结果表明:在考虑桥墩屈服后刚度退化的情况下,强度折减系数谱值随桥墩屈服后刚度折减系数的增大而降低,说明低配筋混凝土桥墩屈服后的刚度退化越大,桥墩对地震的强度需求越大.通过对4类场地强度折减系数谱的统计分析,给出考虑刚度退化的三折线型强度折减系数谱以及据此的铁路低配筋混凝土桥墩抗震评估方法.     

加载方式对钢管混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究

钢管混凝土在铁路拱桥和桥墩中都有良好的应用前景.将实际工程中钢管混凝土结构的加载形式归纳成全断面加载、荷载仅施加于核心混凝土、荷载仅施加于钢管和钢管有初应力等4种.进行这4种不同加载方式(含初应力)对钢管混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究.试验结果表明,整个断面加载、荷载仅施加于核心混凝土和钢管有初应力这3种加载方式下试件的极限承载力相差不大,但套箍作用和刚度有一定的变化;对于荷载仅加于钢管的试件,其极限承载力与刚度均有较大幅度的降低,可不考虑钢管对混凝土的套箍作用.最后,在试验研究基础上讨论在这4种不同加载方式作用下试件的极限承载力计算方法.     

构件可更换铁路桥墩抗震性能拟静力试验研究北大核心

为了快速恢复地震后受灾桥梁的使用功能,提出一种由混凝土柱和钢桁架联结系组合而成的构件可更换格构式桥墩体系。为研究构件可更换桥墩的抗震性能,设计制作1∶12缩尺模型进行拟静力试验,并采用有限元方法对试验过程进行数值模拟。结果表明:可更换构件中斜腹杆发生屈服,是主要耗能构件,弦杆与竖杆不易屈服;墩柱中混凝土出现可修复的细小裂纹,钢筋处于基本弹性状态,模型桥墩具有较好的抗震性能。     

预制拼装桥墩在铁路桥梁中的应用北大核心

预制拼装桥梁施工技术有利于桥梁工程快速施工。为了研究预制拼装桥墩受力性能,在和若铁路开展了灌浆套筒连接、承插式连接和预应力连接三种连接形式的预制拼装桥墩现场实尺拟静力试验。通过冲击振动试验确定了试验墩动态特性参数,并与建模计算固有频率进行对比分析;通过拟静力试验,得到了试验墩混凝土开裂强度、钢筋屈服强度及荷载-位移曲线,分析了预制拼装桥墩受力性能和破坏形式。结果表明:灌浆套筒连接和承插式连接(有后浇填芯混凝土)的墩柱由于存在刚度突变,在交界面有较多裂缝;三种连接方式试验墩在6~9度地震工况下能满足受力要求。研究结果可为优化拼装式桥墩设计提供参考依据。