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。     

装配式桥墩抗震性能分析

基于抗震性能及施工的需求，提出了一种新型装配式桥梁连接方法，在连接端头预埋圆形型钢，通过焊接连接，对比灌浆套筒、金属波纹管的其他构造，该连接方法施工方便，操作容易，施工速度更加快速。通过对型钢连接方式的试验研究，主要得出以下结论：（1）型钢连接的装配式桥墩与现浇桥墩破坏均为弯曲破坏。型钢连接的装配式桥墩柱根处破坏程度较轻，混凝土破坏主要集中在预埋钢管顶部以上。（2）型钢连接的装配式桥墩承载能力高于现浇桥墩。（3）型钢连接的装配式桥墩与现浇桥墩的残余位移相当，但在耗能能力及延性方面前者的表型更好。（4）型钢连接的装配式桥墩具有优越的抗震性能，为装配式桥墩在高烈度地震区的使用提供一种方法。     

灌浆波纹管装配式桥墩双向拟静力试验

为了解决桥墩与承台的装配式连接问题,提出金属波纹管和超高性能灌浆料的预制拼装桥墩方案。首先考虑施工方式和加载方向参数的影响,以某地铁高架桥为工程原型设计4个试件,然后采用水平单向和双向拟静力试验方法,对比分析金属波纹管节段拼装桥墩和整体现浇桥墩抗震性能的差异,最后探讨双向压弯作用下的极限承载能力验算方法。试验结果表明：灌浆波纹管试件塑性铰区纵筋出现拉断而不是纵筋拔出,说明灌浆波纹管的钢筋连接方式可靠;灌浆波纹管连接节段拼装桥墩损伤过程、破坏模式与整体现浇桥墩总体上接近,主要抗震性能指标的差异较小,认为抗震性能与整体现浇试件的抗震性能接近,表明灌浆波纹管连接是一种可行的装配式桥墩与承台的连接方式;相对于单向加载试件,双向加载的钢筋混凝土试件RC,最大水平力下降11%,极限位移下降18%,双向加载的预制拼装试件最大水平力降低11%,极限水平位移降低15%,残余位移增大了20%,试件损伤程度更为严重,说明在水平双向荷载受力下,整体现浇试件和节段拼装试件有着明显的双向荷载耦合效应;双向压弯作用下截面的弯矩计算方法能够较准确地校核节段拼装墩的极限承载能力。研究成果可为节段拼装桥墩的抗震设计和抗震分析提供参考。     

基于套筒连接的装配式双柱桥墩模型的有限元分析

检验基于灌浆套筒连接的装配式桥梁下部结构在横桥向水平往复荷载下的抗倾覆能力,为北方地区装配式桥梁结构化施工提供可靠的数据参考。笔者基于ABAQUS有限元分析软件,探究两类桥墩塑性铰区域的形成及发展,分析混凝土及钢筋结构的屈服及破坏过程。研究结果表明装配式桥墩结构构件之间的摩擦力,使得墩柱上端塑性铰区域的竖向钢筋早于现浇桥墩屈服;屈服强度253.56k N小于现浇桥墩260.60k N,承载能力286.31k N略低于现浇桥墩294.43k N;装配式桥墩的初始刚度较大;加载后期套筒刚度的降低以及摩擦力使得桥墩刚度退化略微大于现浇桥墩,并且累积耗能略低;但装配式桥墩的延性略好于现浇桥墩;本文所设计的采用半灌浆套筒连接的装配式双柱桥墩具备与现浇桥墩相当的抗震性能,可以用于实际工程施工。     

基于灌浆波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱抗震试验

预制拼装钢筋混凝土（RC）墩柱与承台连接节点的关键构造及其抗震性能是强震区应用预制装配技术需要解决的关键问题。目前灌浆波纹管连接预制拼装RC桥墩主要应用于非强震区,其抗震性能和地震失效模式研究远落后于工程实践,针对此类问题,采用灌浆金属波纹管锚固钢筋技术连接预制拼装RC墩柱与承台,开展预制拼装RC墩柱拟静力往复加载试验研究。通过对比分析预制拼装RC墩柱与现浇RC墩柱的损伤演化过程、局部钢筋应变、失效模式和非线性力学行为评价基于灌浆金属波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱的抗震性能。结果表明：基于高强砂浆灌浆金属波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱的抗侧强度和现浇墩柱基本一致,但位移延性和耗能能力略低于现浇桥墩;预制拼装RC墩柱的损伤主要发生在墩底与承台接缝层的上下界面处以及墩柱底部塑性铰区域,承台内预埋波纹管锚固钢筋均未发生黏结滑移破坏;基于灌浆金属波纹管锚固钢筋连接技术可应用于强震区预制墩柱与承台的拼装连接。     

公路桥梁装配式桥墩工业化快速建造技术

我国桥梁建造正在由上部主梁装配式设计建造逐步进入包含下部桥墩的全装配式时代,预制装配式桥梁因较现浇桥梁有诸多优势已成为桥梁建设的主要发展方向。以湖北省监利～江陵高速公路东延段项目即江北东高速公路的装配式桥墩为背景,主要开展以下研究:(1)计算对比现浇桥墩和离心预制管墩的轴心受压正截面抗压承载力、斜截面受剪承载力和偏心受压正截面受压承载力,基于拟静力实验结果对比分析两者的抗震性能;(2)对现浇桥墩和离心预制管墩原材料用量进行对比分析;(3)对管墩与桩基承台之间采用灌浆金属波纹管连接和承插式连接的施工工艺、施工精度和施工周期要求进行对比,确定取合理的连接方案。结果表明:(1)现浇桥墩和离心预制管墩的轴心受压正截面抗压承载力、斜截面受剪承载力和偏心受压正截面受压承载力相近,且两者在水平往复加载作用下的滞回行为相似;(2)离心预制管墩的混凝土用量较现浇桥墩大幅降低,钢材用量略有增加,预制墩柱推荐选用管墩;(3)公路桥梁装配式桥墩采用离心预制普通钢筋混凝土管墩和新型管墩-桩基承台承插式连接方案,可满足常规化运输和吊装设备安装需求,降低对施工单位技术、管理水平的要求,具有良好的可实施性。研究成果已应用于江北东高速公路预制桥梁项目,可为预制桥梁建设和连接方案选择提供参考,从而促进装配式桥墩的应用和发展。     

装配式桥墩模型设计方法及相似性研究

为使装配式桥墩模型能准确反映原型结构的力学性能,对装配式桥墩按等配筋率的设计方法进行模型相似性设计。试验采用UHPC灌浆波纹管连接预制拼装墩柱模型进行拟静力往复加载试验,研究其柱脚塑性铰区的破坏机理,并对其破坏形态、极限承载力及位移延性与原型结构进行对比。研究表明,等配筋率模型设计方法在装配式桥梁模型设计中简单可行,试验结果与实际原型结构基本吻合。     

灌浆波纹管装配式PC双柱墩双向拟静力试验

为了解双向荷载作用下灌浆波纹管装配式双柱墩的抗震性能,设计和制作了现浇混凝土墩、灌浆波纹管连接和预应力灌浆波纹管混合连接装配式双柱墩构件。开展了装配式双柱墩的双向拟静力试验,研究了破坏模式、滞回特性、骨架曲线、刚度退化、残余位移和接缝张开规律等,并与现浇混凝土双柱墩墩进行比较,重点分析了灌浆波纹管连接装配式预应力混凝土（PC）双柱墩的位移延性和变形性能。结果表明,整体现浇墩和波纹管连接装配式双柱墩的破坏形态均是以弯曲破坏为主的延性破坏,预应力增大了轴压,使得双柱墩的柱脚混凝土压碎高度增大到15 cm,而灌浆波纹管连接装配式混凝土墩的柱脚破坏高度为10 cm。双向荷载作用下,现浇墩的耗能能力、极限承载力、刚度等均大于灌浆波纹管装配式墩。增加预应力筋后,装配式双柱墩强轴方向的滞回耗能、承载力、刚度和变形能力等可以接近现浇墩,其中承载力达到现浇墩的97.9%。位移延性系数为4.79,大于现浇墩的位移延性系数3.23,残余变形则降低到现浇墩的70%。同时,预应力灌浆波纹管装配式墩2个方向的位移延性和变形能力更为接近,均可以形成完全塑性铰机制,从而避免了一个方向的过早破坏,整体抗震性能明显提升。研究结果可以为灌浆波纹管装配式PC双柱墩的设计和应用提供试验基础。     

混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩抗震性能研究

为了解混合接头(灌浆套筒和钢管剪力键相结合)及方钢管约束对装配式方形截面混凝土桥墩抗震性能的影响，分别制作混合接头连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+无约束的装配式方形截面混凝土桥墩试件各1根开展拟静力试验及有限元计算，分析各桥墩试件的破坏模式、结构延性、耗能能力、强度退化、刚度退化、残余位移等抗震性能及影响参数。结果表明：装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的破坏形态基本相同，均为压弯破坏。与无约束的装配式混凝土桥墩试件相比，装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的水平荷载峰值和位移延性系数更高；与灌浆套筒连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件相比，采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件滞回曲线更饱满、无明显捏缩，抗震性能更好。对于混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩，增大轴压比和降低长细比可提高桥墩的承载力，但降低了延性；增大约束系数可提高桥墩的承载力和延性，建议混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩的轴压比≤0.3,长细比≤12,约束系数取0.58～0.90。     

承插式预制拼装桥墩抗震性能研究综述

承插式连接构造是预制桥墩与承台之间的一种拼接方式,与灌浆套筒和灌浆波纹管等以钢筋为对接单元的拼接构造相比施工精度要求较低,与现浇湿接缝,预应力节段干接等构造相比现场作业少,是桥梁下部结构预制拼装的一种有力竞争方案。现从试验研究、理论研究和工程应用三个方面对承插式构造抗震性能研究进行综述,以促进该技术在国内预制拼装桥墩建设中的应用。     

组合型外包钢板连接预制拼装桥墩拟静力试验

组合型外包钢板连接是一种新型预制拼装桥墩连接方式,为了研究组合型外包钢板连接预制拼装桥墩的抗震性能,采用拟静力缩尺模型试验的方法,按照缩尺比1∶3.75设计并加工了3组桥墩试验模型,分别为组合型外包钢板连接非承插式试件、承插式试件及同尺寸对比现浇试件,对承插式、非承插式以及对比现浇试件在水平往复作用下的破坏形态、滞回和骨架曲线、延性、耗能性能、刚度退化和残余变形等进行了对比分析。试验结果表明:组合型外包钢板连接可以增加传统塑性铰区混凝土的约束,使得塑性铰上移,在除钢板区域以外弯矩最大的地方形成塑性铰;组合型外包钢板连接预制拼装桥墩在水平往复荷载作用下,极限荷载和极限位移均比现浇试件有所提高;组合型外包钢板连接虽然屈服位移和极限位移比现浇试件要高,但是延性系数有所降低,依然满足抗震规范对结构延性的要求;承插式连接方案比非承插连接方案具有更好的抗震性能;组合型外包钢板连接预制拼装桥墩抗震性能不弱于现浇桥墩,在设计合理的情况下,可以满足预期抗震性能的要求。     

超高性能混凝土连接装配式桥墩设计理念与实践

超高性能混凝土连接装配式桥墩钢筋无需绑扎或焊接、施工快速、钢筋定位要求低,且适用于束筋布置,成为一种较好的连接形式。该连接形式目前包括3种连接形式:扩头式、类承插式和环缝式。结合该连接形式中对超高性能混凝土的受力和施工要求,列出了超高性能混凝土的性能指标要求和相应的测试依据。该连接形式的设计理念为超高性能混凝土连接段的安全度大于预制段,即破坏发生在预制段。设计目标为在静力、E1地震作用和E2地震作用下,分别采用强度设计理论和延性设计理论进行验算,并保证超高性能混凝土应变应小于极限拉伸应变(2000με)。标准设计案例表明,对于环缝式连接形式,墩身截面尺寸为2.2 m×1.5 m,墩高10 m、超高性能混凝土壁厚350 mm时,满足预定设计目标,构造合理。     

预制承插式桥墩受力性能研究

预制承插式桥墩具有施工便捷、容许误差大、节点可靠等优势，为推广该装配式桥墩在我国的工程应用，依托某高速改扩建项目，基于ABAQUS有限元计算平台，对工程中采用的承插式连接的预制装配式桥梁进行足尺实体建模。同时，建立相同尺寸的现浇式桥墩有限元模型，对二者进行单调位移加载。数值模拟结果表明，承插式连接与现浇连接受力性能基本相似，具有较好的受力性能，实际工程中可认为其等同现浇连接，具有较大的推广价值。     

公路桥装配式桥墩承插式连接的桩基承台研究

针对公路桥装配式桥墩采用的承插式连接,为降低承台底板厚度,减少承台混凝土用量,以湖北省监利至江陵高速公路东延段项目的装配式桥墩试验段(承台总厚1.5m,预制管墩承插深度为1.0m,承台底板厚度仅0.5m)为背景进行研究。首先根据规范计算承台底板的最小厚度,采用MIDAS FEA软件建立桥墩-承台-桩基础有限元模型,分析承台的应力和破坏点;然后基于分析进行承台配筋设计;最后通过混凝土裂缝模型对配筋设计进行校核,并通过缩尺模型试验验证配筋设计的可靠性。结果表明:承插式连接桩基承台设置U形抗冲切钢筋后,承台底板未发生局部的冲切破坏;U形抗冲切钢筋可以有效地改善承台受力,可使承台底板厚度从规范计算需要的最小厚度0.963m降至0.5m,承台底板厚度降幅达48%,承台混凝土总用量降低约25%。     

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。     

装配式预应力桥墩地震损伤评估及影响参数分析

为明确装配式预应力桥墩的地震损伤性能,首先根据拟静力试验结果,对比分析装配式、整体式预应力桥墩以及钢筋混凝土桥墩在水平往复荷载作用下的损伤演化情况和破坏状态,然后应用6种混凝土损伤模型对桥墩试件进行损伤评估,分析各损伤模型的可靠性和适用性,最后基于OpenSees数值模拟,对恒载轴压比、纵筋配筋率、体积配箍率、耗能钢筋配筋率以及预应力筋配筋率等影响预应力桥墩损伤性能的参数进行分析。研究结果表明：在相同墩顶偏移比下,整体式预应力桥墩较钢筋混凝土桥墩的损伤更为严重,原因是承载力增大所致;而装配式预应力桥墩比整体式预应力桥墩损伤小是由于接缝张合导致耗能能力降低与接缝处耗能钢筋设置无黏结段造成的;与其他5种损伤模型相比,王东升修正的Park-Ang损伤模型对桥墩试件的损伤评估效果最符合实际情况,且离散性较小;塑性铰区域的体积配箍率是影响桥墩损伤性能的主要因素,且桥墩的损伤随着体积配箍率的增大而减小。     

装配式混凝土桥墩施工技术综述

装配式混凝土桥墩在国内外跨海大桥、城市桥梁工程中已有大量应用,其预制拼装技术是桥梁工程领域未来的重要发展方向之一。该文从装配式混凝土桥墩的实际工程应用出发,对其施工技术方面的国内外研究进展情况进行综述。针对预制桥墩连接处相对薄弱的特点,探讨了预制混凝土桥墩节段之间、预制墩身与盖梁及承台之间的连接方式和构造特点,阐述了装配式桥墩主要施工工艺、检测技术及质量控制点,并介绍了传力可靠的新型装配式桥墩连接方式。研究结果可为预制装配式混凝土桥墩连接构造的合理选用以及施工质量控制提供重要参考,并对装配式桥墩未来的发展和研究进行展望。     

新建高速铁路上跨营业线装配式框架墩设计与施工关键技术

新建潍烟高速铁路龙口特大桥以装配式框架墩跨既有龙烟铁路。每个框架墩由2个混凝土墩柱和1个钢横梁组成,墩柱为矩形截面,采用C40混凝土,基础为矩形承台+钻孔桩基础;钢横梁为单箱单室箱形截面。墩柱与承台结合段设置钢锚板,在承台内预埋螺栓与钢锚板进行锚固;在墩柱顶部预埋连接钢板、螺栓,墩柱的主筋穿过钢横梁底板预留孔一定长度。墩柱预制前先焊接外包钢板、加劲肋、剪力钉并在制墩台座处完成安装,墩柱模板安装及钢筋绑扎验收合格后浇筑混凝土;按设计完成预埋件定位施工;采用650 t履带吊在天窗点内吊装预制墩柱,后浇C50补偿收缩混凝土实现墩柱与承台的连接;钢横梁在工厂整体加工,运至现场采用650 t履带吊在天窗点内吊装,后浇C50混凝土实现墩柱与钢横梁的连接。     

基于灌浆套筒式的装配式钢筋混凝土桥墩施工技术及应用研究

装配式混凝土桥墩能大大减少施工工期,提高施工质量。在桥墩预制过程中经常需要将其分成若干节块,目前不同节块间钢筋常用灌浆套筒连接在一起。从接头连接机理角度对灌浆套筒进行分类,并用实验的方法分析了全灌浆钢筋套筒在受拉时应力变化,针对实验结果提出了灌浆套筒施工质量控制措施,并以南宁市绕城高速某高架桥为例验证了该质量控制措施的高效性。