空心矩形薄壁墩延性抗震性能试验

为了深入研究矩形截面且空心薄壁桥墩的延性抗震性能,对4个模型墩在恒定的轴压和循环反复水平荷载作用下进行了拟静力试验。探讨了薄壁墩在压、弯、剪共同作用下的破坏形态、位移延性和耗能能力,考虑轴压比、配箍率2个参数对结构极限承载力和延性性能的影响。试验结果表明:模型墩的破坏形式为弯曲破坏,位移延性系数介于3.61~5.56之间;配箍率是影响桥墩延性抗震性能的主要因素,随其值的增加位移延性系数增大,箍筋能显著提高试件的延性和耗能能力;随着轴压比的提高,试件的承载力有所降低,后期变形能力减小,抗震性能越来越差;建立了具有8个控制点的恢复力模型,并给出了各控制点的计算公式。     

钢管混凝土核心短柱轴压承载力计算方法研究

钢管混凝土核心短柱承载力目前仍无统一计算方法,针对此问题,文章基于钢管混凝土核心柱轴压承载力计算方法与外围普通钢筋混凝土体积配箍率有着密切关系的认识,分体积配箍率小于和等于大于临界配筋率两种情况建立了该柱轴压承载力计算公式;当外围混凝土的配箍率小于临界配箍率时,组合柱的破坏是由外围混凝土控制,根据协同工作原理,通过对钢管混凝土核心柱各组成部分荷载-变形曲线分析,建立了该柱轴压承载力计算公式;当外围混凝土的配箍率等于或大于临界配箍率时,核心柱破坏时钢管内外混凝土都能达到极限状态,采用极限平衡法推导该柱轴压承载力计算公式。理论分析与实验结果相吻合,表明了本文方法的正确性。     

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。     

钢筋混凝土桥墩破坏模式识别方法

鉴于破坏模式对钢筋混凝土桥墩抗震加固和基于性能的抗震设计中性能目标量化的重要性,根据钢筋混凝土桥墩的破坏特点和破坏模式,统计分析各国钢筋混凝土桥墩抗震试验资料。基于钢筋混凝土桥墩抗剪需求和能力的关系,对混凝土强度f′c、纵筋配筋率ρl、体积配箍率ρv、规则化的纵筋配筋率、规则化的体积配箍率、轴压比、剪跨比a/h0和规则化的箍筋间距进行双参数相关分析和偏相关分析,确定各因素与桥墩塑性铰区抗剪需求与能力比值Vp/Vn的相关程度。研究结果表明:以ρl≤2.173%、a/h0≥3.880、Vp/Vn=0.7作为钢筋混凝土桥墩弯曲破坏模式的判别条件,以Vp/Vn>1.0且a/h0≤1.865作为剪切破坏模式的判别条件,以1.865≤a/h0≤3.880作为弯剪破坏模式的判别条件是合理的。     

基于性能抗震设计的钢筋混凝土桥墩变形能力公式推导及应用

从Mander等人给出的约束混凝土应力——应变本构关系出发,根据实际应用情况进行适当地简化、推导,得出了矩形、圆形截面桥墩力学配箍率与桥墩轴压比、塑性铰的曲率延性系数及构件截面等因素的关系表达式,即变形能力公式。将该公式与25组试验数据、已有的相关研究成果及规范进行对比,证明了该公式的正确性及应用该公式得到的横向配筋水平。为方便应用,将桥墩的变形能力公式进行变换,得到了力学配箍率与桥墩的顶点位移延性系数、破损指标等因素的关系表达式,在此基础上,提出了基于性能的钢筋混凝土桥墩的设计方法,并给出应用该方法的工程实例分析过程,其结果在平均意义上与非线性时程分析结果吻合较好,进一步验证了公式的合理性。     

双柱墩抗震性能及墩顶位移影响因素分析

针对典型钢筋混凝土双柱墩,采用逐步增量动力分析方法对双柱墩进行地震响应分析,对比研究常规双柱墩在有无系梁、不同轴压比、墩高、配箍率条件下,墩顶横向位移的变化规律。获得了轻微破损极限状态、损伤控制极限状态、倒塌控制极限状态这3种性能界限下的墩顶位移和位移角数据。结果表明:与无系梁墩相比,有系梁双柱墩各性能状态极限位移略小,但其受力更为均衡,可承受的加速度峰值更大;随着轴压比的增加,双柱墩墩顶位移呈线性减小趋势;当墩高较小时(5 m),双柱墩为剪切破坏形式,极限位移较弯剪破坏的墩柱小,当墩高超过20 m时,墩高对位移角的影响较大;配箍率对双柱墩墩顶位移的影响很小。     

钢筋混凝土桥墩延性影响因素理论研究

为研究结构设计参数对钢筋混凝土桥墩延性的影响,对矩形和圆形钢筋混凝土桥墩的全过程弯矩～曲率曲线进行分析,从理论上研究轴压比、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度等参数对桥墩延性的影响,并对2种截面桥墩的延性性能进行比较。分析结果表明:不管矩形还是圆形截面桥墩,其延性总是随轴压比增加而降低;整体增加纵向钢筋率对桥墩延性略有不利影响;保护层厚度对桥墩延性影响相对较小;相同轴压比下,桥墩延性随混凝土强度提高而降低,相同轴力下,桥墩延性随混凝土强度提高而提高;矩形墩的延性性能优于圆形墩。     

近断层强震作用下城市组合钢板梁桥RC桥墩震后可修复性研究

为研究近断层地震动作用下城市组合钢板梁桥钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)桥墩的震后可修复性,以8度区、Ⅲ类场地的城市组合钢板梁桥为背景,分析在E2水平近断层地震动作用下RC桥墩的残余位移比。采用正交试验设计方法,按现行规范试设计25座典型三跨连续城市组合钢板梁桥样本,采用验证后的有限元建模方法建立全桥动力模型,分析跨径、桥宽和桥墩长细比对RC桥墩残余位移比的影响。并以样本中某3×35 m三跨连续组合钢板梁桥为研究对象,进行有限元模型参数分析,研究RC桥墩设计参数(轴压比、长细比、纵筋配筋率和体积配箍率)对残余位移比的影响。结果表明：组合钢板梁桥跨径、桥宽和桥墩长细比均对RC桥墩残余位移比有明显影响;RC桥墩残余位移比与轴压比和长细比成正比关系,而与纵筋配筋率和箍筋体积配箍率成反比关系;为提高城市组合钢板梁桥在近断层地震动作用下桥墩的可修复性,建议RC桥墩轴压比不超过10%,长细比不超过8,纵筋配筋率取1.5%～2.0%,箍筋体积配箍率取0.6%～1.2%。     

钢筋混凝土桥墩塑性铰区约束箍筋用量研究

为了研究钢筋混凝土桥墩的延性配箍要求,总结了中、美、欧主要桥梁抗震设计规范对延性桥墩塑性铰区最低约束箍筋用量的规定,结合美国PEER柱抗震性能试验数据库、日本Kawashima实验室和部分中国的试验数据,整理了234根桥墩的拟静力试验数据;建立了桥墩极限位移角与位移延性系数、曲率延性系数的对应关系,讨论了中、美、欧主要桥梁抗震设计规范约束箍筋用量及构造措施对保证桥墩延性的可靠性;在此基础上分别以2%和3%极限位移角为延性目标,通过回归分析建立了具有85%保证率的桥墩塑性铰区约束箍筋用量计算公式;通过一个设计实例将建议公式与各国规范进行了对比。结果表明:该公式适用于剪跨比在3～10范围内的普通及高强混凝土桥墩,既可保证高轴压下桥墩延性抗震能力,又可保证低轴压下配箍要求不过于保守。     

弯扭耦合效应下混凝土桥墩的抗震性能

为了研究地震作用下压弯剪扭耦合作用对桥梁中墩梁固结墩的影响规律,进行了7根压弯剪扭耦合作用下钢筋混凝土桥墩的拟静力试验,确定了桥墩的不同破坏模式,给出了桥墩的剪力-位移和扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,分析确定了扭弯比、长细比、纵筋配筋率和箍筋配筋率等参量对桥墩弯扭耦合抗震性能的影响。基于理论分析和拟静力试验,给出了四线式剪力-位移骨架曲线和三线式扭矩-扭转角骨架曲线的理论模型。研究结果表明:理论骨架曲线和试验曲线吻合较好;理论模型揭示了钢筋混凝土桥墩弯曲和扭转的关键影响因素及耦合效应,其中剪力-位移理论骨架曲线主要取决于桥墩破坏截面的弯矩-曲率关系,扭转承载力主要来自于混凝土和箍筋2个部分,墩顶扭转角可以根据混凝土桥墩的弹性扭转角和扭转塑性铰的扭转角叠加计算;弯扭耦合效应会造成混凝土桥墩抗震性能发生明显的变化,较大的扭转效应会使桥墩在达到最大抗弯性能前发生破坏,而弯曲效应会大幅降低桥墩的抗扭承载力;随着长细比的减小,最大剪力增加,极限位移减小,最大扭距基本不变;纵筋率主要影响混凝土桥墩的抗弯承载力,对抗扭性能影响不明显,箍筋率主要影响桥墩的抗扭性能;工程中应采用考虑弯扭耦合的方法进行抗震设计。     

钢筋混凝土桥墩的延性

国内外对钢筋混凝土柱的延性已作了相当多的试验研究和理论研究，我国同济大学学者们对延性也作了相应的研究，截面弯矩——曲率分析是确定构件截面曲率延性能力的基本分析工具，本文从理论上分析箍筋约束混凝土桥墩曲率延性，通过参数改变来分析影响曲率延性的因素。     

预应力节段拼装桥墩力学性能研究

采用拟静力方法比较分析有(无)粘结预应力钢筋、不同预应力钢筋配筋率、不同配箍率和不同节段数量共10种预应力节段拼装桥墩的变形、节段间接触状态、裂缝、预应力钢筋应力和骨架曲线的异同。结果表明:无粘结预应力比有粘结预应力应力均匀,预应力钢筋不容易屈服;接缝的张开是不可避免的,张开的大小和次序与水平位移和节段高度相关;提高节段混凝土配箍率作用有限;同一墩高情况下节段数目对性能几乎没有影响;轴压比在25%左右是一个比较理想的状态。     

大跨度连续梁桥的延性抗震分析

该文阐述了某大跨度连续桥的延性抗震分析。通过对强震区的某大跨连续梁的固定墩采用弹塑性减震耗能装置,可以有效地减小固定墩承受的巨大的水平剪力。在此基础上,对墩柱进行延性抗震设计,并分析比较不同因素对结构延性的影响。结果表明,考虑墩柱的延性可以有效地降低墩柱底部弯矩。配箍率和轴压比对墩柱的延性系数影响较明显,而纵向主筋的配筋率减低,屈服和极限曲率均会降低,对延性系数的影响较小。     

反复循环载荷作用下钢筋混凝土矩形桥墩塑性铰区弯矩曲率关系试验研究

桥墩关键截面的弯矩曲率分析仅仅是对一个固定的截面进行分析,而实际情况下桥墩的破坏是在一个区域内（塑性铰区）发生.另一方面,截面分析也不能考虑钢筋混凝土在反复载荷作用下的损伤累积裂纹扩展等因素的影响,那么截面分析结果与实际反复载荷作用下的构件的弯矩曲率曲线的一致性就决定了分析结果的可信程度.本文通过对桥墩模型弯矩曲率关系的计算和试验分析,得到其一致性并讨论了进行分析时的注意事项.     

复杂应力状态下的钢筋混凝土桥墩抗震性能研究

文中以玉湛线高速路中实桥桥墩为原型建立桥墩三维有限元仿真模型,模拟地震组合荷载作用下桥墩结构响应,分析抗震性能影响因素及有效抗震措施。主要研究在双向地震作用、上部结构恒载活载等组合荷载作用下的结构响应基础上,桥墩弯、剪、扭复杂应力状态下的抗震性能及其影响因素,包括塑性铰区抗剪强度、墩顶位移、含箍率,以及轴压比对钢筋混凝土桥墩的抗震性能和延性水平的影响。结果表明,适当增加墩底抗剪区的箍筋配筋率或减小配筋间距均可有效增大墩底的抗剪强度;增加螺旋箍筋的配筋率可有效增加易损段的弯曲延性,达到减少震损和降低后期维护成本的目的;增加桥墩主纵筋配筋率会减小桥墩的弯曲延性,不建议用作桥墩的延性抗震设计措施。     

配斜筋钢筋混凝土梁抗剪承载力分析及试验研究

针对剪压破坏时配有斜筋的钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力进行了研究。根据钢筋混凝土受弯构件的剪切破坏机理,考虑腹筋和受压区混凝土共同承担剪力,基于极限平衡理论和对Rankine破坏准则进行简化后的混凝土强度破坏准则,建立配斜筋钢筋混凝土梁斜截面抗剪的平衡方程,提出极限承载力的计算公式。通过对2片配斜筋钢筋混凝土梁的试验数据进行对比,结果表明理论计算值与试验值较为吻合。     

基于变形能力的钢筋混凝土桥墩约束箍筋用量评价

针对地震作用下钢筋混凝土桥墩的变形能力要求,研究桥墩潜在塑性铰区约束箍筋的用量问题。借助美国PEER柱抗震性能试验数据库,整理了35根弯剪破坏墩柱的拟静力试验数据,通过统计分析评价我国桥梁抗震设计原《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)和现行《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)中最低约束箍筋用量对保证桥墩变形能力的可靠性,并与美国、欧洲主要桥梁抗震设计规范进行对比,之后建立了具有85%保证率的弯剪破坏桥墩极限位移角计算公式。研究结果表明:以2%桥墩极限位移角为评价目标,现行《公路桥梁抗震设计细则》满足桥墩变形能力要求;而以3%桥墩极限位移角为评价目标,该规范配箍要求略偏于不安全,在高地震危险区桥墩抗震设计时应予以注意。     

钢筋混凝土柱低周疲劳损伤后的静力性能试验

针对当前公路混凝土桥梁中普遍采用的柱式桥墩的典型情况和地震作用形式,设计了试验模型和试验方法。首先进行了低周疲劳试验,低周循环分为4个阶段,分别为弹性开裂阶段、屈服阶段和2类屈服后阶段。然后在循环完成后分别进行静力推倒和轴心受压破坏试验,研究了柱式桥墩模型在反复荷载作用下的损伤发展以及循环完成后的承载能力和变形能力,并分析了剪跨比、轴压比和纵筋配筋率等对钢筋混凝土柱损伤发展的影响。结果表明:水平低周疲劳效应对钢筋混凝土柱水平承载力的降低影响较大,对轴压承载力影响较小。研究结论可为震后桥梁性能评估、加固提供理论支持。     

P-Δ效应对钢筋混凝土桥墩位移延性的影响研究

为准确计算钢筋混凝土桥墩位移延性,计入P-Δ效应,对传统的塑性铰模型进行修正。基于MATLAB程序,编制了计算钢筋混凝土桥墩截面弯矩~曲率曲线和水平荷载~位移曲线的程序;利用自编程序,计算了考虑和未考虑P-Δ效应的钢筋混凝土桥墩的位移延性系数,并与基于塑性铰模型计算得到的位移延性系数进行比较;通过定义一个反映P-Δ效应对位移延性系数影响的修正系数,分析了轴压比、剪跨比和曲率延性系数3个参数对该修正系数的影响,得到了相应的回归公式,并将回归公式计算的结果与已有试验数据进行比较。结果表明:编制的MATLAB程序计算结果可信;P-Δ效应对钢筋混凝土桥墩位移延性有较大影响,而塑性铰模型本身不能很好地反映P-Δ效应,需要修正;修正系数随3个参数变化有明显规律性;对于具有良好延性的桥墩,回归公式具有较好的计算精度。     

基于可靠度的桥墩抗剪承载力影响因素敏感性及经济性分析

历次震害资料表明,钢筋混凝土桥墩剪切破坏十分常见.依据现行桥梁设计规范,考虑计算模式不确定性、材料不确定性及几何参数不确定性,采用可靠度方法进行敏感性分析,得到影响钢筋混凝土桥墩抗剪承载力的敏感因素,并分析给出提高桥墩抗剪可靠度的经济适用方法.结果表明:随着地震作用效应与恒荷载作用效应比(PE)的增大,三种不确定性模式下桥墩的可靠度均逐渐降低;在桥墩抗剪承载力影响因素中,混凝土强度、箍筋强度和箍筋间距对可靠度影响最为显著;采用加密箍筋间距和提高箍筋强度的方法提高桥墩可靠度的工程经济价值最佳.