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。     

采用不同模拟方法的预制拼装桥墩拟静力加载模拟对比

预制拼装桥墩因其施工速度快、环境影响小、施工成本低等诸多优势,成为桥梁下部结构的应用趋势。为探究预制拼装桥墩不同数值模拟方法的优劣,选取文献中试验桥墩试件作为建模对象,采用现阶段三种预制拼装桥墩最常用的数值模拟方法(纤维模型法、实体模型法、集中塑性铰模型法),建立三种预制拼装桥墩有限元分析模型,进行拟静力加载模拟。采用滞回性能、骨架曲线、累积耗能、刚度退化作为指标对三种分析模型的模拟效果做出评价。结果表明:三种分析模型均能够被用于模拟预制拼装桥墩的滞回性能、极限承载力和刚度;在模拟预制拼装桥墩非线性能力上实体模型模拟效果最好,其次是纤维模型和塑性铰模型。实体模型在模拟预制拼装桥墩损伤方面具有更好的效果,纤维模型对桥墩损伤后刚度退化的模拟敏感程度偏低。     

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。     

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.      

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.      

延性桥墩纵筋失稳长度的简化表达式

为了评估钢筋混凝土桥墩的极限水平位移，根据塑性铰区变形特性，合理确定塑性铰区长度是非常重要的．基于有限元分析，从理论上给出了桥墩根部纵筋失稳时的长度，并与实验结果进行了比较．通过纵筋失稳分析结果，提出了考虑到材料非线性时桥墩纵筋失稳长度的简化表达式．使用该表达式，可简单推算反复荷载作用下的钢筋混凝土桥墩纵筋失稳长度．     

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.      

跨海大桥U-RC组合桥墩设计

为解决跨海桥梁桥墩施工与防腐问题,提出了超高性能混凝土(UHPC)-钢筋混凝土(RC)组合桥墩新结构,简称U-RC组合桥墩,以UHPC外筒作为永久模柱,现浇内核钢筋混凝土;以平潭海峡大桥为工程背景,开展了U-RC组合桥墩的结构设计与计算,并与原设计方案的工程量和造价进行了比较;进行了3根内核RC柱、3根UHPC模柱、3根U-RC组合桥墩的极限承载力试验,测量了试件的混凝土纵向应变与横向应变,研究了试件的破坏形态与裂缝发展过程,得到了试件的极限承载力试验值,分析了U-RC组合桥墩的受力性能。研究结果表明:U-RC组合桥墩的承载力大于设计内力,满足现行规范要求;采用UHPC模柱取代钢模板的桥墩设计方案,可节约钢材约2 410t,工程造价节省约30%;3根UHPC圆筒的极限荷载均值为1 342kN,3根RC柱的极限荷载均值为1 370kN,二者之和小于3根U-RC组合桥墩极限荷载均值3 033kN,说明UHPC模柱对核心混凝土有一定的套箍作用,采用简单迭加方法计算U-RC组合桥墩的轴压极限承载力是可行且偏保守的;在轴压试验中,U-RC组合桥墩的破坏模式为核心混凝土的横向变形导致UHPC模柱出现竖向裂缝,并与核心混凝土在界面处分离;达到极限荷载破坏时,外包UHPC层出现纵向裂缝,荷载增大,裂缝增长,并有混凝土剥落现象,但U-RC组合桥墩破坏时其外包UHPC层纵向应变未达到极限压应变。     

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.     

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.     

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。     

混凝土空心墩塑性铰区抗剪计算模型比较分析

准确评估空心墩塑性铰区的抗剪能力是高墩大跨桥梁抗震设计的重要内容.目前国内外规范中并未明确给出空心墩的抗剪计算模型,规范中已有的实心墩抗剪公式能否直接应用、其它文献中实心墩或空心墩抗剪强度计算方法的适用性等均有待深入研究.为此,基于25个发生剪切或弯剪破坏的空心墩试验数据,分析塑性铰区抗剪能力的影响因素,并将抗剪强度试...     

曲线连续刚构桥施工阶段横向位移分析

曲线连续刚构桥除了主梁要设置预拱度之外,主墩也需要设置类似的横向预偏量.通过分析高墩大跨度预应力混凝土曲线连续刚构桥施工过程中的空间变形特点,探讨施工阶段中各工况对主墩横向变形带来的影响.以某工程实例为背景,建立三维有限元模型计算分析曲线连续刚构桥在施工阶段过程中产生的横向位移,在原有设计的基础上,为桥墩设置正确的横向预偏量提供科学数据,为此类桥梁的设计、施工以及监控等提供参考.     

装配式圆钢管约束混凝土柱的轴压性能

为了研究钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能，基于试验研究结果，对钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能进行了有限元分析. 首先通过有限元建立了现浇式和装配式圆钢管约束混凝土柱模型；然后从承载力-平均纵向应变关系曲线、钢管应力、钢筋应力和混凝土应力方面对比了现浇式与装配式柱的轴压性能；其次分析了装配式柱变形形态及受力机理；最后提出了装配式柱轴压承载力计算方法. 研究结果表明:与现浇式柱相比，装配式柱也具有良好的轴压性能和延性性能，钢管及钢套管对核心混凝土的约束作用更强，轴压承载力提高幅度为1.94%～6.17%；增加钢管厚度对提高装配式圆钢管约束混凝土柱轴压承载力最有效，提高幅度达59.15%，增加箍筋间距对其轴压承载力影响较小，减小幅度为2.91%；钢管纵向应力在靠近钢套管与钢管连接处较大，钢管环向应力在钢管通缝上、下附近区域较大，在钢套管装配处也较大；所提装配式柱轴压承载力公式计算值（N_uc）与有限元值（N_uf）、试验值（N_ut）的比值均值分别为0.964、1.014，方差分别为0.003 5、0.002 9.      

暗支撑型钢混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为了研究不同数量暗支撑对型钢混凝土剪力墙的抗震性能影响,选取4个剪跨比为1.75的矩形截面型钢混凝土剪力墙试件进行了低周反复荷载下的试验研究（其中1个为普通剪力墙对比试件,3个为工字钢暗支撑剪力墙试件）,对比分析了不同数量暗支撑条件下型钢混凝土剪力墙试件的破坏特征、承载力、刚度、延性、滞回特性及耗能能力.试验研究表明:带暗支撑型钢混凝土剪力墙试件的裂缝细密且分布区域较大,塑性铰发展充分,滞回曲线饱满,耗能能力明显提高;带暗支撑型钢混凝土剪力墙试件的屈服荷载和极限荷载相比普通剪力墙分别提高了88.76%和91.97%,极限位移角提高26.67%,抗震能力比对比试件显著提高.      

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.      

海港高桩码头混凝土耐久性的分析

根据海港高桩码头结构检测结果,认为氯离子、混凝土质量均匀性和保护层厚度、构件受力产生的裂缝是影响混凝土耐久性的因素.提出提高混凝土的质量、优先采用预制构件、从设计上控制裂缝开展宽度和推行纤维混凝土等有效措施.     

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.