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.      

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.     

GFRP筋混凝土梁抗剪承载力影响因素

为深入研究玻璃纤维(GFRP)筋混凝土梁的抗剪性能,通过57根混凝土梁的试验,对GFRP筋混凝土梁抗剪承载力的影响因素进行了研究.重点分析了箍筋和剪跨比对GFRP筋混凝土梁抗剪承载力的影响;在配筋率、几何尺寸、混凝土强度和剪跨比相同的条件下,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁的抗剪承载力进行对比分析,探讨了GFRP筋对混凝土抗剪能力的影响系数与剪跨比的关系.结果表明:箍筋能使GFRP筋混凝土梁的初裂抗剪强度提高7.4%~30.0%;GFRP筋混凝土梁达到极限承载力时,箍筋的最大应力远小于其抗拉强度,验明了有效应变控制抗剪能力的正确性;随剪跨比减小,GFRP筋混凝土梁的抗剪承载力先增大,后减小;GFRP筋对混凝土抗剪能力的影响系数随剪跨比减小而增大.     

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。     

砂浆对灌芯混凝土砌块砌体抗剪性能影响试验

对铺浆和无浆两组共24个灌芯混凝土砌块砌体抗剪性能分别进行了试验,对各砌块的抗剪破坏过程进行了观测.根据试验现象及所采集的加载数据,分析了铺浆灌芯混凝土砌块和无浆灌芯混凝土砌块的抗剪破坏机理及破坏形态.用所测得的抗剪强度平均值与砌体规范抗剪强度平均值公式的计算值进行对比,试验值略高于规范公式的计算值.分析表明,水平灰缝处的砂浆对灌芯混凝土砌块砌体的抗剪性能及抗剪强度影响较小,而竖向灰缝处的砂浆有利于改善灌芯混凝土砌块砌体的抗剪受力性能,影响砌体的抗剪破坏形态,进而提高砌体的抗剪强度.     

混凝土空心砖砌体抗剪强度试验研究

通过试验研究了混凝土空心砖砌体的抗剪强度.试验结果表明:混凝土空心砖座浆面采用盲孔面设计,提高了砖和砂浆的粘结性,大大增加了剪切面积;砂浆的销栓作用能有效提高砌体的抗剪强度;混凝土空心砖砌体的抗剪强度要高于粘土实心砖、混凝土空心砌块砌体的抗剪强度.提出了混凝土空心砖砌体的抗剪强度计算公式.     

具有箍筋的部分预应力混凝土约束箱梁抗剪强度的试验研究

在完成12片部分预应力混凝土约束箱梁试验的基础上,本文详细讨论 了弯矩比、剪跨比及预应力值时约束箱梁抗剪强度的影响,并提出了修 正剪跨比m‘和平均预应力度天的概念。本文还采用回归分析的方法得 出计算抗剪强度的经验公式。用该式计算所得结果与102个国内外试验 数据相比较,吻合较好。该式可供设计研究参考。      

低周荷载下FRP约束RC矩形空心墩的抗震性能试验研究

为了评价FRP约束RC空心墩的抗震性能,设计并制作了5个未约束和FRP约束矩形空心墩,并进行了恒轴压、水平单向低周反复荷载下的拟静力试验。通过对比分析了不同试验墩的滞回曲线、水平力和延性、总耗能和耗散系数。结果表明:FRP约束矩形空心墩的塑性铰区,可提高其抗侧刚度、改善其耗能能力和延性、提高其变形能力,且空心墩的抗震滞回耗能能力较稳定,但是,对水平力的影响较小。此外,耗散系数与总耗能的变化趋势不同,因此,评价RC空心墩耗能能力时,应综合考虑总耗能和耗散系数。     

装配式空心板桥改进型铰缝结合面受力性能

为了改进装配式空心板桥横向受力性能，设计了在铰缝结合面上利用连续钢板代替间断钢筋和改进铰缝结构与填充材料的2种铰缝改进措施，采用局部模型试验计算了铰缝结合面的法向和切向强度，提出了采用间断钢筋和连续钢板的铰缝结合面抗弯、抗剪承载能力计算公式。研究结果表明:局部模型试验值与公式计算值的误差不超过10%，表明所提出的抗弯、抗剪承载能力计算公式可以准确地计算采用连续钢板的铰缝结合面承载能力；未采用结合面钢筋的深铰缝，结合面法向强度为1.29 MPa，为弱侧混凝土轴心抗拉强度的39%，结合面切向强度为0.45 MPa，为弱侧混凝土轴心抗压强度的1.5%；采用间断钢筋和连续钢板的铰缝结合面法向强度较未采用结合面钢筋的铰缝分别提高了98%和73%，结合面切向强度分别提高了71%和78%；普通混凝土浅铰缝结合面法向强度为1.30 MPa，为弱侧混凝土轴心抗拉强度的40%，结合面切向强度为0.33 MPa，为弱侧混凝土轴心抗压强度的1.1%；采用UHPC填充深、浅铰缝的结合面法向强度较普通混凝土填充深、浅铰缝分别提高了13%和21%，结合面切向强度分别提高了64%和94%。      

基于塑性铰体外预应力混凝土梁的简化计算

在承载能力极限状态下,可把简支梁的跨中区段视为1个等曲率塑性铰(塑性区段),其余梁段可视为直线并处于绕塑性铰刚性转动的位置.利用这一概念,建立了直接通过塑性铰区长度和曲率半径求体外预应力筋应力和梁极限弯矩的简化公式,用简化公式对国外有关6片体外预应力梁进行了计算,并与试验结果进行对比,证明本研究中的简化公式具有较好的精度,值得推广.     

灌浆套筒和预应力筋连接的预制拼装桥墩的抗震性能

针对轨道交通预制拼装桥墩的受力特点, 提出了采用灌浆套筒和预应力筋连接的拼装方案; 设计了3种不同类型桥墩, 包括整体现浇试件(RC)、预应力钢绞线和灌浆套筒连接的预制拼装试件(PCSS) 与精轧螺纹钢筋和灌浆套筒连接的预制拼装试件(PCTS), 采用拟静力试验方法分析了各种桥墩的各种拟静力指标, 比较了桥墩的抗震性能。试验结果表明: PCSS和PCTS试件的各指标非常接近, 最大误差为2.2%;灌浆套筒会使传统塑性铰区上移至套筒顶部, 说明灌浆套筒对传统塑性铰区域具有局部增强作用, 建议对塑性铰的箍筋加密区高度应额外增加1个套筒高度; 采用预应力筋使试件的混凝土轴压力增大了1倍, 相应的开裂荷载也增大了约1倍; PCSS试件的屈服荷载和极限荷载正负向均值比RC试件分别提高了31%和34%, 等效屈服位移、极限位移和偏移率均值分别比RC试件提高了17%、13%、13%, 但是PCSS试件的延性系数平均降低了10%;在偏移率为6%时, PCSS试件的残余位移均值是RC试件的61%, 显示了较好的自复位能力; 与RC试件相比, PCSS试件的刚度提高了13%。相比于精轧螺纹钢筋, 钢绞线可以适当弯曲与成束, 面积调整灵活, 因此, 采用无黏结预应力筋和灌浆套筒连接的桥墩试件具有良好的使用性能和抗震性能, 可作为预制拼装轨道桥墩的推荐方案。      

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.      

高强钢-混凝土组合梁受力性能分析

为研究高强钢-混凝土组合梁中结构几何参数及材料强度对组合梁受力性能的影响,建立了14组构件在跨中两点对称荷载作用下的有限元数值模型,对其受力性能进行了分析。分析结果表明:在承载能力极限状态下,钢梁的贡献占竖向抗剪强度约77.0%;在弹性与塑性阶段,不同材料强度的组合梁的跨中最小与最大挠度比值分别为79.5%和28.0%;在塑性状态下,不同混凝土板横向配筋率和宽度的组合梁的跨中最小与最大挠度比值分别为62.1%和53.3%,不同材料强度、混凝土板宽度、横向配筋率和厚度的组合梁的最小与最大纵向滑移量比值分别为25.0%、41.9%、63.2%、70.7%。可见,提高钢梁强度或增大钢梁尺寸可显著提高组合梁竖向抗剪能力;材料强度对组合梁弹性工作阶段的跨中挠度影响较小,混凝土板横向配筋率及其宽度对塑性状态下跨中挠度有较大影响;弹性工作阶段材料与几何参数对组合面滑移的影响不明显,塑性状态下材料强度、混凝土板宽度、横向配筋率及厚度对纵向滑移影响较大。     

低周反复荷载下钢筋混凝土框架边节点抗剪强度的试验研究

本文介绍五个钢筋混凝土框架边节点试件在低周反复荷载下的试验结 果。时边节点的杭剪强度进行了讨论。在与混凝土结构设计规范送审稿 中框架节点杭剪强度计算公式对比的基础上,提出了框架边节点杭剪强 度计算建议,衬比试验结果,符合较好。      

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.      

应用简化的软化桁架模型设计钢筋混凝土短牛腿

阐述了简化的软化桁架模型的传力途径、设计步骤.用简化的软化桁架模型对钢筋混凝土短牛腿进行抗剪强度分析和设计,考虑的参数包括混凝土强度、剪跨比和水平箍筋的数量.通过对一个钢筋混凝土短牛腿的实例进行了验算,与混凝土结构设计规范(GB50010-2002)规定方法的计算结果是一致的,证明了所提出的简化的软化桁架模型的有效性、实用性.     

轻质混凝土连续刚构抗震性能分析

以某连续刚构为工程背景,研究采用轻质混凝土上部结构的高墩大跨连续刚构桥的抗震性能.通过对比分析,得知采用轻质混凝土和普通混凝土上部结构的全桥动力特性差异及其原因;采用纤维梁单元模拟桥墩塑性铰,分析了在大震激励下两种结构桥墩的塑性铰破坏程度与滞回耗能.分析结果表明,采用轻质混凝土上部结构能明显降低桥墩塑性铰区域的内力响应、消耗的能量及破坏程度.