预应力混凝土空心墩拟静力试验与数值分析

为研究预应力混凝土空心墩的抗震性能,对4个空心墩模型进行拟静力试验研究,并基于试件的破坏特征、滞回性能等试验结果,利用OpenSees软件,采用纤维梁柱单元模拟各空心墩在拟静力荷载下的力学行为,对比分析预应力混凝土整体式空心墩、装配式空心墩与钢筋混凝土空心墩的拟静力行为。结果表明:在钢筋混凝土空心墩中配置竖向无粘结后张预应力筋,可提高其刚度与水平抗力,增强滞回曲线的捏缩效应,减小残余位移,对累积滞回耗能影响不大;与整体式空心墩不同,添加耗能钢筋的预应力装配式空心墩没有出现明显的塑性铰区,曲率分布和剪切错动主要集中在墩底接缝处,滞回曲线呈明显的捏缩状,损伤程度较轻,其刚度、累积滞回耗能分别约为钢筋混凝土空心墩的100%、73%;建议的模型和方法能较准确地预测预应力空心墩的拟静力行为。     

基于损伤的钢筋混凝土箱型墩双向恢复力模型

为得到水平双向荷载耦合作用引起的累积损伤对钢筋混凝土箱型墩滞回特性、强度和刚度退化的影响规律,对其双向恢复力特性进行研究。首先,介绍了以长细比、轴压比、体积配箍率和加载角度为参数的钢筋混凝土箱型墩双向拟静力试验、有限元参数分析以及考虑水平双向荷载耦合作用的损伤因子计算公式。其次,将试件的骨架曲线简化为带下降段的三线型折线,建立钢筋混凝土箱型墩骨架曲线特征点及其刚度的计算方法。最后,根据实测滞回曲线的特点,分析损伤因子与钢筋混凝土箱型墩柱强度和刚度退化之间的关系,提出水平双向荷载作用下从峰值位移卸载的荷载陡降段的计算公式,同时给出双向滞回规则,建立钢筋混凝土箱型墩柱基于损伤的双向恢复力模型。研究结果表明:依据建议的钢筋混凝土箱型墩恢复力模型计算得到的骨架曲线、滞回曲线与拟静力试验结果吻合较好,最大误差不超过10%,且可以较好地体现出双向荷载作用引起的箱型墩损伤加剧效应以及滞回特征,可以为钢筋混凝土箱型墩结构的多维弹塑性抗震性能分析提供理论参考。     

弯剪破坏钢筋混凝土矩形墩滞回模型

为建立针对弯剪破坏钢筋混凝土矩形墩的滞回模型,基于既有试验结果,提出了桥墩破坏模式判别准则。基于Ibarra-Medina-Krawinkler模型,将弯剪破坏矩形墩骨架曲线简化成4段,推导出相应的解析计算公式。在滞回规则中引入捏拢效应参数和滞回性能退化参数,用于描述弯剪破坏桥墩的捏拢效应和滞回性能退化。利用低周反复加载试验,验证骨架曲线计算方法的正确性,给出了捏拢效应参数和滞回性能退化参数关于剪跨比的取值方法。利用振动台试验,对建议的滞回模型进行了验证。研究结果表明:利用剪跨比和体积配箍率构成的判别准则能够有效判别出钢筋混凝土矩形墩的破坏模式,按照现行规范规定执行,能够保证矩形墩不发生剪切破坏,但仍存在发生弯剪破坏的可能性;所提计算方法提供的骨架曲线与试验结果吻合较好;建议当剪跨比小于2时,捏拢效应参数取0.5,滞回性能退化参数取600;当剪跨比大于3时,捏拢效应参数取0.8,滞回性能退化参数取1 000;当剪跨比介于2和3之间时,捏拢效应参数和滞回性能退化参数进行线性插值。经验证利用建议的滞回模型计算动力响应时,计算结果与振动台试验结果整体上吻合较好。     

电化学除氯后钢筋混凝土桥墩的抗震性能

针对电化学除氯后钢筋与混凝土之间的粘结退化可能引起结构构件抗震性能劣化的状况,通过低周反复荷载试验,对混凝土桥墩电化学除氯处理后的抗震性能进行试验研究,分析试验构件的破坏特征、滞回曲线、耗能、骨架曲线和刚度退化的变化情况。研究结果表明:钢筋混凝土桥墩经电化学处理后,在反复荷载作用下,其破坏形式可能由弯曲破坏转化为弯曲-粘结破坏,滞回曲线由丰满变得干瘪,耗能能力降低,峰值后试件的承载力下降,刚度降低;在利用电化学除氯的优势延长钢筋混凝土结构使用寿命的同时,需要最大限度地降低电化学除氯带来的不利作用。     

灌浆波纹管连接的预制拼装桥墩抗震性能分析

相比传统现浇混凝土墩,预制拼装墩具有可易于施工的优势,但关于其抗震性能的研究目前相对较少,本研究对象为采用灌浆波纹管连接的预制拼装桥墩,为研究其抗震性能并与传统现浇墩做对比,进行了加载试验,并通过Abaqus有限元软件建立仿真模型,结果表明:在轴压荷载与低周往复荷载共同作用下,若灌浆料的强度较高,预制拼装桥墩与传统现浇墩二者的滞回曲线、骨架曲线、累积耗能、残余变形以及破坏模式均十分相近,两者抗震性能良好,差异很小;二者的破坏模式相同,均为大偏心破坏,但受到极端荷载的情况下整体现浇墩的变形能力稍强;试验结束后仅试件表面浮浆产生裂缝,而灌浆料深处仍黏结良好,并未发生预期破坏,灌浆料的强度高于实测值;实际工程中,在保证灌浆料黏结性能足够的前提下,采用高强灌浆料黏结的预制拼装桥墩可在一定程度上替代传统现浇墩。     

钢筋混凝土设缝双肢墩静力性能试验研究

钢筋混凝土设缝双肢墩是一种抗推柔度较大的新型桥墩,适用于连续刚构体系。模拟实际工程结构,采用1/10缩尺比例,制作了1个钢筋混凝土整体墩和3个不同填料的设缝双肢墩模型,通过静力荷载试验,研究其在竖向与水平荷载共同作用下的受力机理、应力变形规律、裂缝开展及破坏形态,揭示了各种不同墩的抗推刚度及缝内填料性能的影响。研究结果可为工程实际应用提供理论依据。     

长细比对柔性桥墩柱滞回性能影响分析

该文指出柔性桥墩柱是桥梁工程中经常采用的墩柱形式之一,为了研究不同长细比柔性墩柱的滞回性能,进行了3根圆截面柔性墩柱的低周反复加载试验,分析了其在循环荷载作用下的破坏过程,滞回曲线,刚度退化,强度衰减和骨架曲线。试验结果标明:长细比越大,试件的承载能力越差,滞回曲线越丰满,耗能能力越强。     

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。     

地震作用下桥梁承台桩基础力学行为分析及设计

承台桩基础广泛应用于我国跨海跨河桥梁。由于地质条件差,受地震影响难以预估,依托甘肃天水大桥工程实例在实验室进行缩尺模型试验研究,通过滞回曲线、耗能分析等力学行为对缩尺试件研究得出结论:墩顶滞回曲线以此呈梭形、弓形、反S形、Z形四种类型变化,符合钢筋混凝土构件一般规律,±60 mm位移加载条件下墩顶力达到32 kN。试验过程中,水平荷载加载至15 kN时,地基土开始产生裂缝,水平荷载加载至20 kN时桩身产生多条闭合裂缝,比预期裂缝产生时间较早,在桩身设计阶段应考虑适当提高配筋率。模型等效粘滞阻尼系数在墩顶水平位移为45 mm达到最大为0.15,此时试件桩身破坏。     

足尺及实桥圆形钢筋混凝土桥墩抗震性能数值模型与验证

为建立较可靠的钢筋混凝土桥墩数值分析模型进行抗震性能评估,提出基于OpenSees集中塑性单元和材料本构的纤维截面等效塑性铰模型,对5个足尺及实桥圆形钢筋混凝土桥墩的拟静力或振动台试验结果进行数值模拟,并就关键效应及参数对模拟结果的影响进行分析.结果表明:纤维截面等效塑性铰模型与桥梁抗震规范的集中塑性模型概念一致,具有...     

PP-ECC用于墩底塑性铰区域的抗震性能试验

为增强桥墩的抗震能力，探讨塑性铰区域采用聚丙烯纤维水泥基复合材料（PP-ECC）桥墩的抗震性能和损伤容限，设计并制作3个剪跨比为7的钢筋混凝土高墩试件，其中2个桥墩试件的塑性铰区域采用不同高度的PP-ECC材料，1个普通混凝土桥墩为对比试件。基于低周反复荷载试验获得桥墩试件开裂过程、破坏形态和水平力-位移滞回曲线等试验结果，对比分析墩底潜在塑性铰区采用不同PP-ECC高度对桥墩延性、承载力、耗能以及刚度等抗震性能指标的影响，并与普通混凝土桥墩的抗震性能指标进行对比分析。研究结果表明：与普通混凝土桥墩相比，采用PP-ECC材料可以明显改善桥墩的破坏形态，控制裂缝的宽度和发展，提高桥墩的损伤容限；局部使用PP-ECC材料可以提高桥墩的位移延性系数，该构件具有良好的变形能力和抗倒塌能力；相对普通混凝土桥墩，PP-ECC桥墩的滞回曲线面积更大且滞回环更加饱满，骨架曲线下降段较为平缓，承载能力和刚度退化缓慢，耗能能力提高了20%；PP-ECC材料高度增加1倍，桥墩位移延性系数提高了15.2%，能量耗散系数变化不大，试件的侧移刚度有一定的提高，刚度退化变缓；墩底PP-ECC材料与普通混凝土相交的界面未出现剪切滑移现象，可见PP-ECC材料的黏结性较好，可以保证2种材料协同受力，共同工作。     

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。     

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时，在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用，但是墩梁相对位移偏大，主梁容易与挡块发生碰撞，甚至发生横桥向落梁等严重震害。为提高桥梁横向耗能能力，减小地震作用下主梁的侧向位移，研发了一种填充式钢管阻尼器，阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统。地震作用下，板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力，填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量，可以有效减小墩梁相对位移。首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理，试验研究其滞回性能和失效模式，并提出实用简化分析模型。在此基础上，以一座简支小箱梁桥为例，给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程，分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能。结果表明：在地震作用下，填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块，附加填充式钢管阻尼器后，墩梁相对位移明显减小，而墩顶位移和墩底内力等变化不大，附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响。     

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。     

白沙长江大桥横向抗震体系研究

白沙长江大桥是一座塔墩梁固结的主桥长为920 m的双塔独柱式混合梁斜拉桥.为了研究其辅助墩和过渡墩处横桥向的合理约束体系,分别在横向自由、横向约束、过渡墩约束及辅助墩约束4种约束体系下进行时程分析,研究斜拉桥在不同横向约束体系下的地震响应特点,针对混凝土刚性挡块和粘滞阻尼器减震体系分析不同参数对抗震性能的影响.结果表明:采用混凝土刚性挡块对同时减小各墩的横向地震响应作用较小;采用粘滞阻尼器体系可以有效减小各墩的横向地震响应,以及墩梁相对位移.     

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。     

外置耗能器对自复位预制RC桥墩抗震性能的影响研究

以中国已建成的首座震后自复位桥梁-京台高速（北京段）黄徐路跨线桥为背景,结合自复位结构和装配式结构的特点,发展自复位预制RC桥墩新型结构。设计并制作对桥墩抗侧强度贡献率分别为0,20%及40%的3组外置耗能部件,并对3组自复位桥墩进行水平拟静力往复试验研究。通过桥墩变形和损伤演化过程、力-位移滞回曲线、骨架曲线、试件耗能能力、预应力筋张拉力变化、残余位移、接缝开口和受压区高度变化等评估自复位预制RC桥墩的抗震性能及外置耗能器对其影响。研究结果表明：外置耗能器耗能段均出现明显的高阶屈曲形态,耗能作用明显,附加外置耗能器自复位桥墩的滞回曲线呈明显的“旗帜”形;耗能器的抗侧强度贡献率越高,墩柱的滞回曲线越饱满,墩柱的耗能能力和抗侧承载力也明显提高;加载至偏移率3.5%时,自复位预制墩柱抗侧承载力无明显下降,表现出良好的延性性能;随墩顶水平位移增加,墩柱内轴向预应力筋张拉力基本呈线性增加,建议墩内竖向预应力筋初始张拉力不超过名义屈服强度的70%;为保证自复位墩柱具有较小的残余位移,建议附加外置耗能器对桥墩的抗侧贡献率不宜超过40%。研究可为自复位预制RC桥墩的结构设计、数值模型验证和工程实践提供参考。     

设置拉筋的铁路双柱式桥墩抗震加固分析

为确保双柱式桥墩在地震作用下的安全,以某铁路双柱式桥墩为例,提出了通过设置斜拉钢筋,减小桥墩在地震作用下的内力和位移响应,达到预防性抗震加固的目的。通过对双柱式桥墩进行PUSHOVER分析,求出桥墩屈服曲率和极限曲率及对应的弯矩、位移,并以此作为加固评价指标,评价多遇地震下及罕遇地震下斜拉钢筋对双柱式桥墩的加固效果。通过利用ANSYS有限元分析软件进行非线性时程反应分析,比较了双柱式桥墩在设置加固前后的内力响应、位移响应,研究了加固的必要性和合理性。结果表明:原双柱式桥墩在设置斜拉钢筋后,桥墩在多遇地震作用下处于弹性阶段,墩底内力减小;在罕遇地震作用下桥墩由破坏状态变为屈服状态,满足延性抗震的加固思路。     

低重心斜拉桥边跨墩柱横向抗震措施研究

针对低重心斜拉桥边跨墩柱的横向抗震问题,以某在建低重心斜拉桥为背景,进行边跨墩柱横向抗震措施研究。该桥主桥为(45+80+285+80+45)m双塔双索面混凝土斜拉桥,边跨墩柱高度仅为11 m。采用SAP2000建立全桥有限元模型,输入地震动,通过抗弯能力需求比R M评估桥梁的抗震性能,提出改变墩柱截面形式与采用防屈曲支撑构件(BRB)等8种抗震措施,并对比分析各措施墩柱关键截面的R M。结果表明:在地震作用下,设置横向固定支座的边跨墩柱墩底截面弯矩较大、R M均小于1,是低重心斜拉桥横向抗震的薄弱环节;8种抗震措施墩柱关键截面的R M均大于1,各措施均可改善边跨墩柱的横向抗震性能,措施Ⅱ-6(将边跨墩柱改为双肢截面,并在双肢间设置BRB)为该桥最优措施。