主余震作用下阻尼比对钢筋混凝土墩柱的抗震性能研究

主震之后往往伴随着大量的余震，余震对结构的影响可能大于主震。文章以钢筋混凝土桥墩为研究对象，利用OpenSees软件建立纤维单元有限元模型，以实际记录的主余震地震波进行主震、主-余震非线性时程分析，对阻尼比分别为0.03、0.05、0.07、0.09、0.11的桥墩进行滞回曲线、最大位移、耗能及残余位移对比。研究结果表明：随阻尼比的增加，墩柱的自由衰减逐渐加快，桥墩在地震过后自由衰减是围绕损伤桥墩静平衡位置发生的，余震引起桥墩的位移需求均大于主震；阻尼比的增大不仅有利于改善桥墩抵抗主震的能力，对于抵抗余震的能力也有一定的提高。然而，主震、主余震作用下墩柱对于剪力的需求基本不变。桥墩滞回曲线的耗能随阻尼比的增加逐渐减小，主余震作用下桥墩的耗能大约为主震的一倍，对于耗能能力差的结构，余震的影响可能更大，余震引起的损伤主要是通过滞回耗能增加了桥墩的损伤。桥墩在主余震作用下残余位移均相差不大，余震不仅可以增加桥墩的残余位移，也可能存在反方向地震力而使桥墩残余位移减小。工程中可以通过增加阻尼器来增强桥墩抵御余震的影响。     

钢管混凝土拱桥地震损伤评估

为研究中承式钢管混凝土拱桥整体及各构件在地震作用下的损伤状态,基于变形或内力和累计耗能的双重破坏准则,分析拱桥在天津地震动作用下各构件的损伤指数和损伤状态。通过各构件加权的方式对桥梁整桥进行损伤评估。结果表明:地震作用对拱桥构件中支座和边跨墩柱的损伤程度最大,边跨桥墩基本处于中等破坏状态,在0.3g地震动下大部分支座处于严重损伤状态。峰值加速度为0.1g时拱桥整体处于轻微损伤状态,峰值加速度为0.2g到0.3g时拱桥整体处于中等破坏状态。     

受压UHPC圆形墩柱抗冲击试验及简化分析方法

为了研究受压UHPC墩柱的抗冲击性能，开展UHPC墩柱和普通钢筋混凝土墩柱的落锤冲击试验，试验变量为轴力。试验中测量冲击力和墩柱位移，并采用高速摄像机记录冲击过程中墩柱裂缝发生、发展直至破坏的全过程。在此基础上，建立基于纤维非线性有限元和两自由度质量-弹簧-阻尼系统的简化分析方法，用于分析受压墩柱的冲击响应。通过与试验结果对比，验证简化分析方法的有效性。基于简化分析方法进行了墩柱抗冲击极限承载能力分析和参数影响分析。研究结果表明：受压UHPC墩柱的抗冲击能力显著优于普通混凝土墩柱，多次冲击作用下总耗能远高于普通混凝土墩柱；UHPC具有良好的抗压性能和耐撞性，促使了"压力拱效应"的出现，能够显著提高受压墩柱的抗冲击性能；无轴压UHPC墩柱在冲击作用下呈现出典型的少筋破坏，当UHPC用于受弯构件或低轴力情况时，相比普通钢筋混凝土构件需提高最小配筋率要求；受压UHPC墩柱耗能能力约为普通混凝土墩柱的2.27倍；当冲击能量一定时，提高受压UHPC墩柱的配筋率和配箍率，能有效地减小墩柱跨中峰值位移和残余位移，但峰值力变化较小；相同配筋率时，提高冲击能量，跨中位移、残余位移、冲击力峰值也相应增大。     

钢筋混凝土墩柱抗爆性能试验

为了研究爆炸冲击荷载作用下钢筋混凝土墩柱的动力响应特性、损伤破坏模式及破坏机理,考虑不同截面形式、长细比、混凝土类型、箍筋形式、轴压比5个参数,设计制作了11根钢筋混凝土墩柱试件,通过逐渐增大炸药量、减小炸药与墩柱的间距控制爆炸比例距离,进行中场爆炸及接触爆炸试验,同时基于霍普金森相似律,拟合得到了超压峰值与比例距离之间的关系公式。研究结果表明:非接触爆炸作用下,增大墩柱截面面积、使用钢纤维混凝土、方形截面形式、螺旋箍筋等措施能减小截面应变和抑制裂缝的发生,增强墩柱的抗爆性能;接触爆炸作用下,钢筋混凝土墩柱极易在炸药接触位置发生冲切破坏,局部损伤破坏非常严重,同时墩身出现了大量横向贯穿裂缝,接触爆炸下方形截面和轴向力对墩柱的抗爆性能不利;拟合关系公式可供工程结构抗爆设计人员参考,研究结果可供制定桥梁抗爆及其防护规范参考。     

非对称混合梁斜拉桥行波效应和余震响应分析

以吉林省四平市165 m+45 m+45 m非对称混合梁斜拉桥为工程背景,结合其跨度大、混合主梁、主塔高、结构非对称特点,采用有限元分析软件建立MIDAS CIVIL三维空间模型。基于动力时程分析法,研究行波效应对非对称混合梁斜拉桥地震响应的影响。通过刚度折减来模拟主震过后各桥墩的损伤状态,计算结构在余震作用下的响应,进一步分析和比较在E1地震和E2地震作用下结构的位移和应力变化。     

基于参数变化对斜拉桥地震易损性的影响分析

为了对比箍筋配筋率的变化对结构抗震性能的影响,以一座斜拉桥为例,运用SAP2000建立非线性动力时程模型。给出了主塔的3个不同截面和损伤指标,对该桥进行增量动力分析(IDA),得到4种不同箍筋配筋率工况下截面的损伤概率,最终绘制了各工况下的地震易损性曲线。结果表明,4种工况下随着箍筋配筋率的提高,主塔各截面的损伤概率不断降低,其中下塔柱截面发生严重损伤和完全损伤的概率降低幅度较明显,为桥梁结构设计等方面提供参考。     

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。     

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。     

基于延性设计的高烈度区大跨刚构桥减震分析

大跨连续刚构桥的下部结构通常设计为钢筋混凝土构件,桥墩在强震作用下极易进入塑性而发生损伤破坏。文中以某座地震烈度VIII度区高墩大跨连续刚构桥为研究背景,在纵向+竖向地震组合输入下,分别进行线弹性反应谱下的能力与需求分析和非线性弹塑性时程分析,以探求结构的延性行为和弹塑性地震响应。结果表明,墩高差异不大时,横向变截面的双肢空心墩具有较强的延性能力,是高烈度区高墩大跨刚构桥较为理想的主墩形式;强震下双肢刚构墩墩顶塑性铰区首先进入塑性阶段,截面发生的塑性响应最大;大跨刚构桥将主墩按照"有限延性"来设计,有利于提高结构抗震性能和震后的可恢复设计;强震下高墩表现出极强的弹塑性变形能力,可通过在边墩处设置黏滞性阻尼器来减小墩梁间的相对位移,进一步提高结构整体抗震性能。     

碳纤维布加固严重损伤混凝土框架抗震性能试验研究

对1榀达到极限承载力的钢筋混凝土框架进行了CFRP加固,对加固后的框架结构进行了模拟地震作用的水平低周反复荷载试验,分析了被加固框架的受力性能及位移延性,研究了已严重损伤的混凝土框架结构经碳纤维加固后的抗震性能。试验结果表明,严重损伤框架结构经碳纤维加固震后,其极限承载能力、耗能能力及延性等抗震性能有明显提高。     

形记忆合金主动约束钢筋混凝土桥墩的抗震特性研究

过去地震中钢筋混凝土(RC)桥墩的损坏多数是由于弯曲延性不足或抗剪能力不够而引起的,为改善其抗震性能,在地震地面运动激励下,研究分别使用碳纤维增强复合材料(CFRP)和形状记忆合金(SMA)后RC桥墩的抗震特性.结果表明:在提高墩柱的强度、等效刚度以及降低墩柱的残余位移等方面,使用SMA均明显优于使用CFRP.     

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。     

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。     

大体积混凝土裂缝成因分析及温控措施

天津子牙河拱桥主墩位于软土地基上,采用了大型承台和重力式桥墩,均属于典型的大体积混凝土块体,且墩柱混凝土全断面一次性浇注完成。该文采用大型有限元软件Ansys分析了温度应力分布,揭示了大体积混凝土结构在温度和收缩作用下裂缝产生的机理。文章介绍,在施工过程中通过减小混凝土内外温差、降低外界条件对混凝土变形约束、提高混凝土自身抗裂能力等措施,有效控制和减小了大型承台和重力式矩形墩柱裂缝的产生。     

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。     

汶川地震诱发滑坡特征

地震触发滑坡,会造成房屋被毁,道路中断,阻塞河流并形成可能溃坝的堰塞湖。本文以茂县为例,震后调查茂县因地震共产生滑坡和滑坡隐患点共191处,经调查分析主要具有以下特征:(1)滑坡和滑坡隐患点主要沿主干公路和岷江及支流分布,数量达90余处;(2)受主震影响,破坏严重,地质灾害以地表开裂(潜在滑坡)、滑坡和崩滑为主;(3)具有群发性特征,由于区内岩体破碎,风化严重,河流深切,人类工程活动强烈,形成较多的高边坡,在天然状态下处于稳定状态,但在地震力的作用下,瞬间形成了大量的滑坡和滑坡群;(4)滞后性特征,主震后在多次佘震和持续强降雨影响下,又发生了多处灾害,而且这种趋势还会持续相当长一段时间,应做好防灾工作。     

基于塑性铰线理论及强度折减法计算矩形钢筋混凝土板配筋率

为分析矩形钢筋混凝土板在均布荷载作用下的配筋需求,分别基于塑性铰线理论和强度折减法进行计算。在不同长宽比,以及固支边、简支边、自由边等类型的支撑条件下,分别计算得到塑性应变增量分布图,并抽象出相应的破坏形式。针对四周固支矩形钢筋混凝土板,根据其破坏形式,采取塑性铰线理论计算极限弯矩和配筋率。基于莫尔圆和应变协调原理,推导钢筋混凝土的等效抗剪强度、抗拉强度。根据抗剪极限平衡和抗拉极限平衡,采取强度折减法计算满足结构承载能力的配筋率。以江西省昌栗高速公路岩溶路基为计算实例,分别采取塑性铰线理论及强度折减法,计算设置钢筋混凝土板跨越溶洞所需的配筋率,并分析两种计算方法的差异。结果表明:方板和矩形板之间的塑性铰线存在明显差异;单向板的塑性铰线较之双向板更为狭长,受力方式更接近于梁;支撑条件对塑性铰线的影响较大,固支边、简支边、自由边的存在均会显著影响塑性铰线的形状;塑性铰线理论和强度折减法计算的配筋率均可表示为以荷载为自变量的线性函数,且使用强度折减法计算得到的配筋率略小于使用塑性铰线理论的计算结果;塑性应变增量分布图与塑性铰线假设、典型裂缝分布形式、变形曲线折点较为吻合,可以有效描述塑性铰线的形状。     

滚石撞击桥墩动力响应试验

为正确估计滚石撞击山区桥梁结构的动力响应,以中国西部山区中广泛采用的矩形桥墩为对象,利用45°,90°,135°不同高度重力摆锤下落,对3种不同截面尺寸(20cm×20cm,30cm×30cm,40cm×40cm)矩形墩柱进行冲击试验,从动态损伤扩展、墩柱撞击力及墩顶动力响应等方面研究矩形墩柱的冲击响应过程和破坏机理,并将墩柱撞击力时程曲线与中国《公路路基设计规范》(JTG D10—2016)及日本道路公团给出的等效静力撞击力计算公式进行对比和讨论。研究结果表明:冲击荷载作用下,墩柱可能出现整体损伤及局部损伤2种损伤形态,其中局部损伤出现在墩柱撞击区域,主要为剪切裂缝,整体损伤出现在墩底,主要为弯曲裂缝;墩柱整体刚度的提高对撞击区域混凝土局部损伤影响不大,但能减小墩顶位移,增大撞击力峰值;随着重力摆锤下落高度的提高,撞击初始动能越大,墩柱的墩顶位移及撞击力峰值都将增大;中国《公路路基设计规范》撞击力计算公式与试验平均撞击力接近,计算结果偏小,设计不安全,日本道路公团公式的分析结果与实测墩柱撞击力峰值吻合良好,建议工程设计予以采用。     

碰撞荷载下钢筋混凝土动力本构模型研究

为了得到结构在动荷载下的真实响应,需要以合理的动力本构模型为依据,进行非线性有限元分析。首先介绍了用于船舶撞击桥梁的几种使用较多的混凝土动力本构模型:钢筋混凝土损伤模型、弹塑性帽盖模型、TCK模型、RHT模型、HJC模型;然后采用LS-DYNA软件进行了2组仿真分析:刚性小球与混凝土靶墙碰撞试验和重锤与钢筋混凝土梁碰撞试验;针对上述各种混凝土动力本构模型分别进行试验仿真,并将计算得出的动态撞击力-时间曲线和位移-时间曲线与试验数据进行了对比分析,发现钢筋混凝土损伤模型对结构裂缝发展和混凝土损伤变化的仿真更接近试验结果,更准确地考虑了构件配筋率对撞击力的影响。在此基础上,对钢筋混凝土损伤本构关系进行了参数敏感性分析,并提出了考虑多种影响因素的撞击力公式。研究结果表明:最大撞击力随着配筋率和钢筋屈服强度的增加而增大,在船-桥碰撞分析中应考虑其影响。     

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。