圆形钢筋混凝土桥墩抗震性能(Ⅱ):试验结果评估

根据桥墩拟静力正交试验现象及数据结果,研究了圆形钢筋混凝土桥墩的变形特征及弯曲强度特性;并对低周反复荷载作用下桥墩的位移延性、等效刚度和刚度退化性能以及极限位移状态下累积耗能能力进行了评估,综合考察了剪跨比、轴压比、纵筋率、配箍率等因素对桥墩延性性能的影响.可为桥梁的延性抗震设计提供参考.     

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.     

基于纤维模型的钢筋混凝土桥墩极限承载力及延性分析

为改善圆形截面RC桥墩的抗震、抗撞击设计,以工程中常用的圆柱式桥墩为例,考虑不同轴压比、配筋率和混凝土等级等因素的影响,采用纤维模型对桥墩极限承载力和延性变化规律进行研究。结果表明:轴压比、纵向配筋率、混凝土等级对结构极限承载力的影响单调递增,而当轴压比为0.6、横向配筋率为0.06%时截面延性最佳;截面延性随着混凝土强度增加而降低;纵筋配筋率恒定时,截面的极限弯矩和延性不受纵筋直径变化的影响。     

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.      

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.     

隔震桥梁非线性地震反应分析

根据隔震桥梁的设计特点，分别利用非线性水平和转动弹簧单元来模拟减，隔震支座和桥墩延性塑性铰的非线性性能，计及隔震器，减震器的作用对桥梁结构非线性弹塑性动力反应进行研究,采用大型结构分析软件ANSYS，结合算例分析了桥梁采用减，隔震支座和利用桥墩延性抗震的减震效果。     

高铁桥梁圆端形桥墩延性性能影响因素研究

以某高铁桥梁圆端形桥墩为工程背景,运用ucfyber软件研究了混凝土强度、轴压比、配筋率、保护层厚度等参数对圆端形桥墩延性性能的影响。分析结果表明,混凝土强度过高和过低对结构的延性均有不利影响;轴压比的增加使桥墩的延性耗能能力迅速降低;增加纵向配筋率对桥墩的延性耗能能力同样不利;保护层厚度对桥墩延性性能的影响相对较小;圆端形桥墩横桥向的延性性能优于顺桥向。     

梁桥叠合墩的延性抗震性能研究

对“二次浇筑法”施工完成的叠合墩的抗震计算方法进行了理论分析,在此基础上对比了普通桥墩和叠合桥墩的承载能力,变形性能及截面曲率延性系数大小,说明了叠合墩的抗震性能的优越性。     

城市高架桥抗震性能水准的量化

为实现城市高架桥基于性能的抗震设计,以常规城市高架桥为研究对象,在性能水准(划分为完好、基本完好、轻微破坏、中等破坏和严重破坏)和性能指标(用桥墩顶点的位移延性系数表示破损指标)已经确定的前提下,着重讨论了性能水准的量化过程.具体步骤为:提出各性能水准与桥墩塑性铰区混凝土压应变和钢筋拉应变限值的对应关系;建立各性能水准与桥墩顶点位移和位移延性系数的关系;建立各性能水准与破损指标的量化关系.与已有研究的比较表明,所提出的性能指标合理.     

钢筋混凝土空心桥墩应用及抗震性能研究综述

分析了中国6座大型铁路桥梁和26座大型公路桥梁中空心桥墩的设计情况,从墩高、壁厚比、薄壁宽厚比和剪跨比等方面对空心桥墩在中国的应用情况进行了评述.总结了新西兰、美国、欧洲、日本以及中国对空心桥墩抗震问题开展的试验研究和理论分析成果,指出了空心桥墩抗震研究存在的问题和进一步研究方向.分析结果表明:剪跨比大于10.0的高墩、壁厚比小于0.2或薄壁宽厚比大于10.0的薄壁墩在中国大型桥梁工程中获得了广泛应用;目前对空心桥墩抗震问题开展的研究集中于剪跨比在8.0以下的中低墩,对壁厚比小于0.2或薄壁宽厚比大于5.0的薄壁墩开展的研究非常少;合理的空心桥墩抗剪强度及抗震变形能力分析模型仍未建立;分析水下空心桥墩抗开裂措施,控制空心桥墩残余位移,采用新型结构和新材料提高空心桥墩抗震能力,应用现代试验技术研究空心桥墩抗震问题是未来重要的研究方向.     

关于桥梁抗震设计细则中塑性铰区约束箍筋最低用量及桥墩抗剪强度的探讨

通过对新版桥梁抗震设计细则与国外规范中塑性铰区最低约束箍筋用量公式的对比,指出若按照新版抗震设计细则要求的塑性铰区最低约束箍筋用量配置桥墩箍筋可能无法满足抗震设计预期的延性要求,进而得出在相同配筋条件下的桥墩抗剪能力人为低估。     

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。     

大跨连续刚构桥双肢薄壁高墩抗推承载力试验研究

针对张家界太极溪特大桥的双肢薄壁高墩的抗震性能,以相似比1∶16制作该桥墩的缩尺模型,对试件进行单调低周荷载的加载。结果表明:试验墩的破坏模式主要呈现"弯剪破坏模式",双肢薄壁墩相较同类型高桥墩的延性有着明显提高,滞回曲线捏缩效应非常明显。通过原桥桥墩的有限元模型与试验墩做对比,得到有限元计算结果与试验结果相一致。并使用ANSYS对该桥墩的横向布置、双肢间距与刚度的影响做了探究,改变横梁布置可以非常明显地提升该类桥墩的峰值荷载,即明显提高了其抗推承载力。且适当增大双肢间距或提高双肢刚度可以在保证该桥墩抗推承载力不变的同时,显著提升其延性性能,而减小双肢刚度使其抗推承载力与延性性能均由于压弯破坏而明显减小。     

轴压比对钢筋混凝土桥墩抗震性能的影响分析

为研究钢筋混凝土桥墩在不同轴压比下的抗震性能,以某实际工程桥墩为例,基于Open Sees有限元软件建立不同轴压比下桥墩的有限元模型,分析讨论了各桥墩在循环荷载作用下的滞回性能、累积耗能及其变形能力。研究结果表明,在0. 1～0. 3的轴压比范围内,构件承载力随轴压比增大而增大,但随着轴压比的增大,承载力下降速度也随之加快;轴压比从0. 1增大到0. 3时,构件累积耗能值降低了41. 2%;构件的位移和曲率延性系数均随着轴压比的增大而显著减小。     

内置肋板补强圆形钢桥墩的抗震性能

采用MARC有限元程序,对内部加肋补强的圆形桥墩柱7个试件进行非线性数值分析.得到了在一定垂直荷载和水平往复荷载作用下荷载-位移关系曲线,考察了钢管径厚比和桥墩柱长细比对内部加肋补强圆形钢桥墩的极限承载能力、延性和能量吸收等抗震性能的影响.     

大跨径超高性能混凝土双肢薄壁高墩的抗震性能分析

采用室内模型和有限元数值模拟相结合的方式,对大跨径超高性能混凝土双肢薄壁高墩的抗震性能进行对比分析,结果表明:超高性能混凝土(UHPC)能够显著提升双肢薄壁高墩的延性变形能力,综合抗震指标是普通钢筋混凝土的4倍左右;在双肢薄壁1/2高度处设置一道系梁,可以明显提升桥墩的抗震特性;增大双肢壁厚可以提高墩身的极限承载力,但却降低了延性变形能力,对抗震性不利;当双肢间距为250 mm时,桥墩的抗震能力最佳。相关研究成果可为超高性能混凝土双肢薄壁高墩在大跨径连续刚构桥的设计与运用提供借鉴。     

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.      

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。     

浅析桥梁墩柱抗震设计

根据《城市桥梁抗震设计规范》CJJ 166-2011以及《公路桥梁抗震设计细则》JTG/T B02-01-2008,桥梁抗震耗能体系总体上分为两种类型。类型一实质上是延性抗震设计即地震作用时,利用桥墩墩柱发生塑性变形耗能;类型二实际上是减隔震设计,地震作用下利用隔震设施耗散地震能量。通过分析不同高厚比的桥墩在地震作用下的响应,确定合理经济的抗震耗能体系。     

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。