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。     

单柱墩拟静力试验仿真计算案例

在地震荷载作用下,钢筋混凝土桥墩是最易破坏的桥梁构件,如何较可靠地模拟钢筋混凝土桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁结构抗震研究的重要内容。以呈弯曲破坏形态的钢筋混凝土桥墩的拟静力试验结果为依据,基于OpenSees中的Beamwith Hinges Element单元,分别建立了圆形墩和矩形墩的滞回分析纤维单元模型。由计算结果与试验结果对比可知,所建立的纤维单元模型对桥墩的骨架曲线及滞回曲线都有良好的模拟效果,且能体现桥墩在反复加载过程中刚度、强度退化现象。     

HRB500钢筋混凝土桥墩承载能力及延性性能研究

为研究剪跨比、钢筋强度及箍筋间距对混凝土桥墩承载能力及延性性能的影响,设计了4个混凝土实心墩试件(3个试件配置了HRB500钢筋、1个试件配置了HRB335钢筋),采用拟静力加载方案进行恒定轴压力作用下的低周往复加载试验,分析试件破坏特征、承载能力、延性性能、滞回曲线及耗能能力。研究表明:剪跨比较大的试件呈弯曲破坏形态,剪跨比较小的试件呈弯剪破坏形态;对于剪跨比较大的桥墩,配置HRB500钢筋的试件比配置HRB335钢筋的试件具有更高的承载能力和延性性能,配置HRB500的钢筋能够改善试件的滞回性能;增加箍筋间距能够提高配置HRB500钢筋试件的承载能力和延性性能。     

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。     

双向压弯状态下矩形空心桥墩循环试验

为了研究水平双向地震作用下矩形空心桥墩的抗震性能,对约束良好但轴压比和纵向、横向配筋率不同的5个钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩在轴力和双向弯曲作用下的性能进行了循环试验研究.结果表明:试件破坏形态为桥墩底部形成塑性铰的弯曲形破坏,桥墩双向力-位移滞回曲线显示了双向压弯状态下RC矩形空心桥墩刚度和强度退化、捏拢效应以及2个水平方向抗震性能的相互影响;试件桥墩的延性系数在3.5～5.7之间,等效粘滞阻尼系数在0.19～0.26之间,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求;所给出的横向配筋构型的RC矩形空心桥墩在水平双向地震作用下具有良好的抗震性能,可以取代中国规范JTG/T B02-01-2008中建议的矩形空心截面横向配筋构型;桥墩塑性铰区域高度约为桥墩高度的1/6,远小于规范规定的塑性铰长度的最小值,空心截面桥墩塑性铰发展区域更为集中.     

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。     

RC桥墩加载刚度退化及等效阻尼比试验

为揭示钢筋混凝土实心墩和空心墩的刚度退化规律及等效阻尼比,以剪跨比、配箍率和配筋率为设计参数,开展了7个方形实心墩和7个方形空心墩的低周往复加载试验。基于拟静力试验结果,探讨不同设计参数对实心和空心墩的滞回耗能及刚度退化的影响,建立了等效阻尼比与位移延性系数之间的关系,给出方形墩等效阻尼比的统一计算模型。通过文献中8组试验结果评估既有等效阻尼比公式,并验证所提出模型的适用性。研究结果表明：剪跨比对滞回耗能的影响不显著,而增加配筋率则可提高构件耗能能力;剪跨比对刚度退化的影响较配筋率和配箍率大,剪跨比越小的试件刚度退化越快;位移延性系数μ<3时,刚度退化系数随位移延性系数的增加呈指数下降,位移延性系数μ ≥ 3时刚度退化系数随位移延性系数的增加呈线性下降;等效屈服前等效阻尼比与刚度退化系数呈线性关系,等效屈服后等效阻尼比与刚度退化系数呈指数关系。既有等效阻尼比公式中,Priestley、程光煜和张艳青等所提公式的计算结果与试验值较为接近;较既有公式,所建议公式的计算值与试验值更为接近,适用于估算方形实心和空心墩的等效阻尼比。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

矩形空心墩等效塑性铰模型

为准确计算矩形空心墩变形能力,基于弯曲、剪切和纵筋滑移三分量变形模型分析影响有效刚度和等效塑性铰长度的主要因素。通过考虑剪切变形的贡献引入空心率的影响,确定计算有效刚度和等效塑性铰长度的公式形式。通过对48根发生弯曲破坏的矩形空心墩拟静力试验结果进行回归分析,分别标定出有效刚度和等效塑性铰长度计算公式中的参数。利用基于建议公式的等效塑性铰模型计算矩形空心墩荷载-位移骨架曲线,并与另外3根试件的试验结果进行比较。基于48根矩形空心墩拟静力试验结果,对各国规范关于有效刚度和等效塑性铰长度的计算公式进行评估。研究结果表明：矩形空心墩有效刚度随轴压比、纵筋率和剪跨比的增大而增大,随d_bf_y/（L·f_c）和空心率的增大而减小;等效塑性铰长度随墩高、截面高度、纵筋率、空心率及d_bf_y/f_c的增大而增大;利用基于建议公式的等效塑性铰模型得到的矩形空心墩荷载-位移骨架曲线与试验结果吻合较好;各国规范关于有效刚度和等效塑性铰长度的计算公式对矩形空心墩试验结果的估计均偏于不安全,建议公式具有更高的精度和更小的离散性。     

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。     

GFRP筋混凝土柱抗震性能试验

为了掌握GFRP筋混凝土柱的抗震性能,通过5根全GFRP筋混凝土柱和1根混合配筋混凝土柱的低周反复加载试验,研究了体积配箍率、轴压比对GFRP筋混凝土柱抗震性能的影响,分析了混凝土柱抗震破坏形态和过程、滞回特性、变形与耗能能力、强度退化和刚度退化等特征。分别采用延性系数和综合性能指标2种延性评价方法评价其抗震性能,并进行对比。将抗弯承载力试验值与加拿大CAN/CSA-S806-12、美国ACI 440.1R-15和中国GB 50608—2010规范计算值进行了对比。在已有研究成果基础上,结合试验得出的骨架曲线进行分析,提出了全FRP筋混凝土柱理论骨架曲线的计算方法。研究结果表明:全GFRP筋混凝土柱最终因混凝土压碎和GFRP纵筋断裂而破坏,混合配筋混凝土柱因混凝土压碎和钢筋纵筋屈服而破坏,所有试件均未发生GFRP箍筋破坏且GFRP箍筋能够在试验过程中一直对混凝土提供有效约束;全GFRP筋混凝土柱的滞回曲线捏缩效应更加明显,且耗能能力稍低于混合配筋混凝土柱;采用传统的延性系数方法评价GFRP筋混凝土柱的抗震性能存在一定的局限性,而综合性能指标可全面反映GFRP筋混凝土柱较高的承载力和变形性能,且综合性能指标随体积配箍率增大、轴压比减小而逐渐增大;3种规范的抗弯承载力计算值均小于试验值,美国ACI 440.1R-15规范计算值安全储备最高。所建立的理论骨架曲线与试验骨架曲线总体上较为吻合。     

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。     

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...     

基于振动台试验的空心桥墩地震易损性分析

为有效评估钢筋混凝土矩形空心桥墩的损伤状态,基于空心桥墩的振动台试验结果,结合有限元数值模拟,利用考虑墩顶相对位移的损伤指标,以地面峰值加速度PGA为地震动强度参数,对钢筋混凝土矩形空心桥墩进行增量动力分析.由此,获得空心桥墩在不同峰值加速度作用下发生某种损伤的超越概率曲线,对桥墩进行损伤评估.研究结果表明:考虑墩顶相...     

弯扭复合作用下RC圆形桥墩抗震性能

为了阐明弯曲和扭转耦合作用下 RC 圆形桥墩的抗震性能,对扭弯比不同的12个 RC 圆形桥墩进行了循环试验研究,并基于试件的破坏特征、滞回性能和钢筋应变等试验观测结果,分析了弯扭复合作用下扭转作用对桥墩抗弯能力的影响,以及配筋率、箍筋间距及箍筋形式对桥墩弯曲和扭转性能的影响;采用有限元软件 ABAQUS 模拟了不同扭弯比的 RC 圆形桥墩在弯扭复合作用下的破坏特性和弯扭承载能力。研究结果表明：弯扭相互作用降低了 RC 圆形桥墩的抗弯和抗扭承载力,桥墩的变形特征和失效模式发生了改变,损伤破坏区要高于弯曲塑性铰长度区域,提出的“交叉互锁”螺旋箍筋形式可有效解决由于扭转效应导致的RC圆形桥墩承载能力降低的问题。     

初始预应力对节段拼装空心桥墩抗震性能影响试验研究

为探究初始预应力对采用无粘结预应力连接方式的节段拼装混凝土桥墩抗震性能的影响，采用拟静力试验对2组预应力引起轴压比分别为0.075和0.150的模型试件，在循环荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性性能、残余位移、刚度退化、预应力损失、耗能能力等指标进行了对比分析。结果表明：1) 2组试件破坏模式均为弯曲破坏；2)初始预应力水平的提高有助于降低试件的预应力损失，同时也会降低其延性性能和残余位移，但基本不会对试件的刚度退化和耗能能力产生影响，不建议通过提高初始预应力的方式提高侧向承载能力。