从汶川地震桥梁震害看现行国内外桥梁的抗震设计方法(一)——抗震设防标准与地震计算

地震区的桥梁结构要进行抗震设计,所以地震发生后桥梁的破坏情况与抗震标准有密切的关系。为了解国外一些先进国家桥梁抗震设计规范的设防标准和设计方法,结合汶川地震桥梁的破坏情况,对我国、日本、美国、欧洲、新西兰等抗震规范的抗震设防标准、抗震等级和抗震计算方法进行了分析。所有国家的标准或规范都采用多个水准的抗震设计方法和多个抗震等级。对于不同抗震等级的桥梁,各国抗震考虑的方法是不同的,我国规范和美国规范采用不同的重要性系数同时考虑延性的影响,欧洲规范、新西兰规范只考虑重要性不考虑延性的影响,日本规范只考虑延性;在地震计算方法,各国采用的反应谱的形状相似,在考虑场地类别、强度折减及近场效应方面有所不同。     

新、旧桥梁抗震设计规范实桥计算比较

为研究桥梁抗震性能,以山西风陵渡黄河公路特大桥的加固抗震设计为例,对89抗震规范和08抗震细则中各项规定进行计算、分析和比较,结果表明用89抗震规范和08抗震细则进行抗震计算结果出入较大.08抗震细则采用了两水准、两阶段设计,由单一的强度抗震设计修改为强度和变形双重指标控制的抗震设计;修订了水平设计加速度反应谱,增加了场地系数、阻尼调整系数、竖向设计加速度反应谱等内容,增加了地震作用分量组合、设计地震动时程等有关规定,取消了89规范中概念模糊的综合影响系数,引入了延性抗震设计和能力保护设计思想,从设计思想上比89规范考虑的更为全面、细致和安全,但参数取值是否合理,值得商榷.     

中日桥梁抗震设计规范中群桩基础设计的比较研究

该文比较了中国和日本两国桥梁抗震设计规范中群桩基础的抗震设计方法,并结合一座连续梁桥分别采用中日规范进行抗震分析与比较。中国规范要求桩基在地震中保持弹性工作状态,而日本规范允许桩基在特殊情况下塑性屈服;中国规范对群桩基础仅进行强度指标验算,而日本规范对强度、位移或转角进行验算;中日规范的群桩基础抗震计算方法基本相同。实例计算表明:对于桥墩的地震需求,"日本规范"明显比"中国规范"大;但对于群桩基础的地震需求,当桥墩屈服后,基本一致;基础的转角不控制设计。     

桥梁抗震设计中桥墩抗剪能力计算公式的评价

对Priestley等人建议公式、美国ATC-32规范、美国Caltrans规范、日本规范及我国《公路桥梁抗震设计细则》的抗剪能力计算公式进行比较分析,得出的主要结论是,Priestley等人建议公式计算出的桥墩抗剪能力最大,《公路桥梁抗震设计细则》较为保守;ATC-32和Caltrans规范对高延性桥墩混凝土抗剪能力的评价偏高。     

国内外桥梁抗震规范比较

桥梁的抗震能力很大一部分取决于桥梁的抗震设计,包括整体和构造上的抗震设计,这就依赖于工程师对桥梁抗震规范的理解和规范的完善性。论文从桥梁抗震设计基本原理和设计准则、支座抗震设计等方面对各国桥梁抗震规范进行比较,并得出相关结论。     

钢筋混凝土矩形桥墩设计参数对抗震性能的影响分析

为考虑不同设计参数的矩形桥墩的抗震性能,根据美国PEER墩柱数据库提供的试验资料,选取不同设计参数的试验样本,分析其在往复荷载作用下反映墩柱抗震性能的滞回特性与延性比。结果表明:轴压比较小和配箍率较高的矩形试件,其抗震性能较好。     

中外公路桥梁抗震规范的差异

通过对中国、美国、日本、欧洲等抗震规范的比较,说明了对于不同抗震等级的桥梁,各国抗震规范在抗震目标、抗震计算及抗震设计上是不同的。并借此阐明各国规范在抗震体系分析方法上的差别,为中国未来抗震规范的修订提供参考。     

自复位双柱式摇摆桥梁抗震设计方法及工程应用

为发展具有损伤可控特性和自复位能力的摇摆结构新型桥梁抗震体系,对自复位双柱式摇摆桥梁的抗震设计方法及其工程应用进行研究。在摇摆桥墩受力机理和旗帜形滞回分析模型基础上,提出其在消压、屈服和设计极限状态的计算方法,并给出限定残余位移侧移率小于1%的回复能力验算公式。考虑到摇摆桥墩的力学行为和变形特点,提出直接基于位移的摇摆桥梁结构抗震设计方法,给出设计原则及具体的设计步骤,并把该方法成功应用到黄徐路跨线桥梁抗震设计中。在此基础上,数值分析不同设计地震作用下摇摆桥梁结构的性能状态及其性能指标,并介绍了中国首座自复位摇摆桥梁工程——黄徐路摇摆桥梁工程实践,展示了实桥应用中的一些抗震构造细节。研究结果表明:提出的验算公式可为设计计算提供充分的理论依据;E1地震作用下耗能钢筋没有屈服且具有较高的安全储备;在E2地震作用下,随着桥梁发挥摇摆功能,摇摆桥墩刚度减小,地震力增幅变小,有效实现了结构减震功能,且震后桥墩残余位移较小,可忽略不计,实现了结构自复位功能,满足了既定的抗震设计目标。     

PC与RC空心墩抗震性能试验对比

为研究PC空心墩的抗震性能,设计制作了3个PC空心墩(1个整体式和2个装配式),并用1个RC空心墩作为对比试件,对4个试件进行了拟静力试验.基于试件的破坏特征、滞回性能、曲率分布、剪切变形等试验结果,详细比较了RC及PC整体式、PC装配式空心墩的承载力、刚度、延性、耗能、复位能力等抗震性能,分析了预应力轴压比对空心墩抗震性能的影响.研究结果表明:RC空心墩中布置无粘结后张预应力筋可以有效降低残余位移,对累积滞回耗能影响不大,但可减小等效粘滞阻尼比;布置耗能钢筋的PC装配式空心墩的自复位能力较强,曲率分布和剪切错动主要集中在墩底接缝处,其损伤程度比整体式空心墩轻的多;预应力轴压比过大可导致保护层混凝土提前被压碎,使空心墩屈服后出现负刚度.     

国内、外桥梁销接节点设计方法

为了研究销铰连接锚固体系中销接节点的设计方法,从而避免节点板承压破坏、销轴承压破坏和节点板的撕裂破坏3种破坏方式,通过比较和分析JTJ 025-86、TB 10002.2-2005、日本道桥规范、欧洲Eurocode3、美国AASHTO和英国BS 5400钢桥设计规范中的相关规定,认为设计中销接有转动功能要求时的承压设...     

日本高速道路桥梁抗震设计方法的研究

主要阐述日本高速道路桥梁抗震设计经过多次地震的洗礼逐步完善和发展起来的历程。特别是经历1995年兵库县南部地震后,日本道路协会两次修改抗震设计规范。规范中考虑了巨大地震作用下结构的塑性变形能力,提出了延性抗震设计和性能抗震设计方法。这对我国完善公路桥梁抗震设计有一定借鉴意义。     

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。     

高烈度地震山区桥梁抗震设计研究

以高烈度地震山区桥梁--栗子树特大桥为研究对象,从桥型方案设计和桥墩构造选型2个方面进行了桥梁抗震概念设计;运用SAP2000有限元程序,建立了桥梁的空间有限元模型,分别进行动力特性和反应谱分析,并建立非线性模型进行非线性时程分析;确定了各桥墩钢筋配筋率,选取了合理的减、隔震措施,提出了对高烈度山区桥梁抗震设计的建议.     

山区高墩桥梁抗震设计

山区高等级公路采用了许多非规则高墩桥梁,以跨越河谷和深沟,汶川地震的桥梁震害启示给山区高墩桥梁的抗震设计提出了新的要求。结合山区高墩桥梁的特点,阐述了山区高墩桥梁的概念设计、抗震计算和抗震措施三个方面的内容,为山区高墩桥梁抗震设计提供有益的参考。     

基于性能的隧道抗震设计研究现状

目前国内基于性能的隧道抗震设计相关研究和成果极为少见。日本、台湾、汶川地震中隧道和地下工程震害及在建地下空间、盾构和沉管隧道抗震设防需求表明亟需建立基于性能的抗震设计方法。本文对国际上性能抗震研究较为先进的美国和日本在建筑和地下工程领域中应用基于性能的抗震设计思想做了总结。同时,介绍了我国建筑结构领域对基于性能的抗震设计思想的应用,剖析了我国公路隧道、铁路隧道、城市区间隧道相关规范和研究的现状,提出了今后基于性能的隧道抗震设计理论发展的方向和需要深入研究的内容。     

承插式连接预制拼装桥墩抗震性能试验研究

为研究不同连接构造、轴压比和承插深度对承插式连接预制拼装桥墩(简称“承插式桥墩”)抗震性能的影响,制作1组现浇桥墩试件和3组承插式桥墩试件开展拟静力试验。对比试件破坏模式、滞回曲线、骨架曲线及特征值、耗能能力、刚度特性和残余位移、纵筋应变,分析承插式桥墩与现浇桥墩抗震性能差异以及增设钢榫进行结构优化后桥墩抗震性能改善效果。结果表明：承插式桥墩与现浇桥墩试件破坏模式、损伤范围、承载能力、耗能能力、残余位移和钢筋应变沿梁高分布相近;提高承插式桥墩轴压比,能提高桥墩承载能力,降低延性和累积耗能能力,破坏时残余位移远小于其它构件,具有可靠的自复位能力;提高承插深度,会增大桥墩承载能力和耗能能力;墩底增设钢榫能增强承插式桥墩与承台间的连接,承载能力、延性、耗能能力等与承插式和现浇桥墩保持一致,但各加载位移下的累积耗能较高,有助于提高承插式桥墩的耗能能力,具有良好的抗震性能。     

不同构造下的预制拼装钢管混凝土桥墩抗震性能试验

为探讨预制拼装钢管混凝土桥墩抗震力学性能,充分发挥预制拼装钢管混凝土桥墩的抗震能力,以实际桥墩为参考,考虑不同拼装接缝形式、耗能钢筋配筋率和预应力轴压比等参数,设计和制作了6个摇摆式预制拼装预应力钢管混凝土桥墩和2个对比墩（1个摇摆式预应力钢筋混凝土墩和1个承插式预应力钢管混凝土墩）,共8个缩尺模型。采用拟静力试验方法,结合数值模拟揭示预应力预制拼装钢管混凝土桥墩的延性能力、自复位性能、滞回耗能特性、破坏模式和破坏机理。试验结果表明：对于2种构造下的钢管混凝土桥墩,摇摆式桥墩因其可发生一定范围内摇摆,并设置预应力筋和耗能钢筋,使其延性与耗能能力更加优异;在墩底设置UHPC座垫层,加载过程中其对承台的破坏相对较小,提高了桥墩的损伤容限;在相同的目标位移下,摇摆式试件残余位移小于承插式试件,表明摇摆式预制拼装钢管混凝土桥墩拥有良好的自复位特性;对于摇摆式预制拼装钢管混凝土桥墩,增大耗能钢筋配筋率,使得试件损伤状态出现滞后,耗能能力增强,减轻墩底接缝破坏程度,同时使得残余位移增大;增大预应力轴压比,其约束试件变形的自复位能力进一步增强,使试件残余位移减小,有利于桥墩在震后功能的快速恢复;通过建立各试件的有限元纤维模型,进一步验证了试验结果的准确性。研究成果可为后续预制拼装钢管混凝土桥墩的设计与应用提供试验基础。     

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。     

重剪比对板柱节点抗震性能的影响

针对重剪比分别为0.3、0.5、0.7的3个板柱节点试件进行了抗震试验,并通过Abaqus有限元软件将模拟结果与试验结果进行了对比,研究了重剪比对无抗冲切钢筋的板柱节点抗震性能的影响。结果表明:试验结果与模拟结果拟合较好,重剪比增加,试件的不平衡弯矩承载力降低,同时耗能能力也减弱。重剪比最低的S1试件仅发生局部冲切破坏,其余试件均发生完全冲切破坏,一定程度上可认为重剪比越大,板柱节点的抗震性能越弱。同时该文对中、美、欧3种规范计算结果与试验结果和历史数据进行了对比,发现中美两国规范计算出的不平衡弯矩相比实际情况较大,而欧洲规范计算结果贴合实际,原因可能是欧洲规范计算时考虑了配筋率的影响,且在重剪比大于0.3时需对中国规范计算结果进行修正,修正后的结果更符合设计且离散度明显降低。     

天津地区一般桥梁抗震设计研究与探讨

《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01—2008)、《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166—2011)、《公路工程抗震规范》(JTG B02—2013)等新的桥梁抗震规范相继颁布,一般桥梁的抗震设计与以前又有何不同呢?以天津地区桥梁抗震计算分析为例,对新旧规范桥梁E1阶段抗震设计的不同进行了总结,揭示了天津地区一般桥梁E1阶段抗震设计的基本规律。