波纹管连接装配式桥墩抗震性能拟静力试验与数值模拟（双语出版）

为研究采用灌浆波纹管连接的装配式桥墩与整体现浇桥墩在抗震性能方面的差异,探究地震作用下预制拼装双柱桥墩的力学性能,分析节点的破坏机理,通过拟静力试验获得了灌浆波纹管连接预制拼装装配式桥墩与整体现浇桥墩的位移滞回曲线,并通过对试件进行位移延性分析、耗能能力分析及残余位移分析,对比研究灌浆波纹管连接装配式桥墩与现浇桥墩的抗震性能。研究结果表明：①灌浆波纹管试件与整体现浇试件的试验现象基本一致,装配式试件较整体现浇试件最大承载力降低6.7%;②二者屈服荷载与极限荷载误差均不超过10%,二者屈服位移相同但装配式试件较现浇试件的极限位移降低3%,灌浆波纹管试件的延性系数小于整体现浇试件;③两试件最大残余位移均在55 mm左右,但在相同滞回位移下,灌浆波纹管试件残余位移的产生速率大于现浇试件;④通过积分法对二者耗能能力进行比较,当滞回位移达到80 mm时二者耗能差值最大,为10.87 kN·m,达到最大位移时灌浆波纹管试件比现浇试件总的耗能能力小10%左右。可见在同样的设计参数情况下,保证装配式桥墩拼装接头的强度可靠性,基本能够达到现浇桥墩所要求的各项性能。     

波纹管连接装配式桥墩抗震性能拟静力试验与数值模拟

为研究采用灌浆波纹管连接的装配式桥墩与整体现浇桥墩在抗震性能方面的差异,探究地震作用下预制拼装双柱桥墩的力学性能,分析节点的破坏机理,通过拟静力试验获得了灌浆波纹管连接预制拼装装配式桥墩与整体现浇桥墩的位移滞回曲线,并通过对试件进行位移延性分析、耗能能力分析及残余位移分析,对比研究灌浆波纹管连接装配式桥墩与现浇桥墩的抗震性能。研究结果表明:①灌浆波纹管试件与整体现浇试件的试验现象基本一致,装配式试件较整体现浇试件最大承载力降低6.7%;②二者屈服荷载与极限荷载误差均不超过10%,二者屈服位移相同但装配式试件较现浇试件的极限位移降低3%,灌浆波纹管试件的延性系数小于整体现浇试件;③两试件最大残余位移均在55 mm左右,但在相同滞回位移下,灌浆波纹管试件残余位移的产生速率大于现浇试件;④通过积分法对二者耗能能力进行比较,当滞回位移达到80 mm时二者耗能差值最大,为10.87 kN·m,达到最大位移时灌浆波纹管试件比现浇试件总的耗能能力小10%左右。可见在同样的设计参数情况下,保证装配式桥墩拼装接头的强度可靠性,基本能够达到现浇桥墩所要求的各项性能。     

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。     

公路桥梁装配式桥墩工业化快速建造技术

我国桥梁建造正在由上部主梁装配式设计建造逐步进入包含下部桥墩的全装配式时代,预制装配式桥梁因较现浇桥梁有诸多优势已成为桥梁建设的主要发展方向。以湖北省监利～江陵高速公路东延段项目即江北东高速公路的装配式桥墩为背景,主要开展以下研究:(1)计算对比现浇桥墩和离心预制管墩的轴心受压正截面抗压承载力、斜截面受剪承载力和偏心受压正截面受压承载力,基于拟静力实验结果对比分析两者的抗震性能;(2)对现浇桥墩和离心预制管墩原材料用量进行对比分析;(3)对管墩与桩基承台之间采用灌浆金属波纹管连接和承插式连接的施工工艺、施工精度和施工周期要求进行对比,确定取合理的连接方案。结果表明:(1)现浇桥墩和离心预制管墩的轴心受压正截面抗压承载力、斜截面受剪承载力和偏心受压正截面受压承载力相近,且两者在水平往复加载作用下的滞回行为相似;(2)离心预制管墩的混凝土用量较现浇桥墩大幅降低,钢材用量略有增加,预制墩柱推荐选用管墩;(3)公路桥梁装配式桥墩采用离心预制普通钢筋混凝土管墩和新型管墩-桩基承台承插式连接方案,可满足常规化运输和吊装设备安装需求,降低对施工单位技术、管理水平的要求,具有良好的可实施性。研究成果已...     

基于套筒连接的装配式双柱桥墩模型的有限元分析

检验基于灌浆套筒连接的装配式桥梁下部结构在横桥向水平往复荷载下的抗倾覆能力,为北方地区装配式桥梁结构化施工提供可靠的数据参考。笔者基于ABAQUS有限元分析软件,探究两类桥墩塑性铰区域的形成及发展,分析混凝土及钢筋结构的屈服及破坏过程。研究结果表明装配式桥墩结构构件之间的摩擦力,使得墩柱上端塑性铰区域的竖向钢筋早于现浇桥墩屈服;屈服强度253.56k N小于现浇桥墩260.60k N,承载能力286.31k N略低于现浇桥墩294.43k N;装配式桥墩的初始刚度较大;加载后期套筒刚度的降低以及摩擦力使得桥墩刚度退化略微大于现浇桥墩,并且累积耗能略低;但装配式桥墩的延性略好于现浇桥墩;本文所设计的采用半灌浆套筒连接的装配式双柱桥墩具备与现浇桥墩相当的抗震性能,可以用于实际工程施工。     

装配式桥墩抗震性能分析

基于抗震性能及施工的需求，提出了一种新型装配式桥梁连接方法，在连接端头预埋圆形型钢，通过焊接连接，对比灌浆套筒、金属波纹管的其他构造，该连接方法施工方便，操作容易，施工速度更加快速。通过对型钢连接方式的试验研究，主要得出以下结论：（1）型钢连接的装配式桥墩与现浇桥墩破坏均为弯曲破坏。型钢连接的装配式桥墩柱根处破坏程度较轻，混凝土破坏主要集中在预埋钢管顶部以上。（2）型钢连接的装配式桥墩承载能力高于现浇桥墩。（3）型钢连接的装配式桥墩与现浇桥墩的残余位移相当，但在耗能能力及延性方面前者的表型更好。（4）型钢连接的装配式桥墩具有优越的抗震性能，为装配式桥墩在高烈度地震区的使用提供一种方法。     

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。     

美国华盛顿州桥梁快速施工技术研究与实践

为能在地震地区采用预制拼装混凝土下部结构快速施工桥梁,华盛顿州交通运输部采用静力弹塑性分析方法,对排架墩桥梁体系的现浇扩大基础-预制墩柱的承插式连接,以及预制墩柱-预制盖梁的灌浆套筒连接进行试验,并修建了一座示范桥进行验证。结果表明,排架墩桥梁能满足抗震性能和快速施工的需要,减少了施工时交通中断,同时也保证了工程质量和长期使用性能;采用预制混凝土盖梁可以避免使用高架脚手架和支撑,从而节省了时间和成本,提高了工人工作的安全性;预制墩柱-预制盖梁连接通过采用少量的粗钢筋和大直径波纹管在现场更容易进行装配;现浇混凝土扩大基础和预制混凝土墩柱的承插式连接在恒定垂直荷载和周期横向荷载共同作用下有较好的受力性能,同时又可以快速方便地施工。     

灌浆波纹管连接预制高强RC离心管墩抗震性能

预制高强钢筋混凝土(RC)离心管墩可工业化流水线生产，效率高，质量可靠，是预制装配桥梁下部结构常用的设计建造方式之一，但是灌浆波纹管连接预制高强RC离心管墩的连接可靠性和抗震安全性尚需开展量化研究。为此开展3个1∶2大比例尺灌浆波纹管连接预制高强RC离心管墩拟静力试验，探究了水平往复荷载下管墩节点损伤全过程，并结合现有研究，从位移延性、刚度退化、耗能特性等参数评估其抗震性能。在此基础上，提出配置单层箍筋的空心管墩约束混凝土模型，并通过试验和数值结果验证该改进模型的精确性。同时，分析了轴压比、壁厚比等重要参数对空心管墩延性的影响规律，提出了考虑约束效应的空心管墩极限抗弯强度计算方法。结果表明：采用灌浆波纹管连接的预制高强RC离心管墩-承台连接可靠性良好；当轴压比不大于0.1时，高强离心管墩和实心桥墩抗震性能基本相同，当轴压比大于0.2时，管墩延性等抗震指标显著降低。同时，考虑到单层箍筋对核心混凝土的约束效应，建议预制高强RC离心管墩的壁厚比应不小于0.2。     

预应力后张法施工中塑料波纹管的试验研究

塑料波纹管配合真空灌浆技术是提高后张预应力混凝土结构安全度和耐久性的有效措施。就塑料波纹管在后张法预应力灌浆中的应用进行了相关的试验研究,对塑料波纹管以后的应用和相关参数的取值具有一定的借鉴。     

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。     

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。     

带小直径纵筋并外包CFRP的RC圆墩抗震性能研究

桥梁震害调查显示,钢筋混凝土(RC)桥墩易受损,影响震后救援和灾后重建.采用小直径纵筋替换受损纵筋并外包碳纤维布(CFRP)的技术修复受损桥墩可缩短震后修复周期,节省重建费用.以某不规则连续梁桥的RC圆墩为工程背景,选择小直径纵筋的长度和直径、外包CFRP层数为参数,开展7根缩尺比例为1∶6的RC圆墩试件的拟静力试验;...     

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。     

水平双向地震作用下钢桥墩损伤区域长度研究

钢板局部失稳是典型的钢桥墩地震破坏形式之一，因此在进行结构地震反应分析时需要考虑钢板局部变形对计算结果的影响。为了研究钢桥墩结构的地震损伤特征并为建立合理的杆系-板壳混合单元模型提供依据，以矩形截面钢桥墩为对象，采用板壳有限元模型和修正双曲面滞回本构模型分析了结构在水平双向反复荷载作用下的破坏过程，讨论了加载路径对桥墩承载力、延性以及极限状态下局部变形特性的影响；通过结构参数分析拟合了钢桥墩地震损伤区域长度预测公式；通过全板壳单元模型和杆系-板壳混合单元模型的桥墩弹塑性地震反应分析结果对比，验证了损伤区域长度预测公式的适用性。结果表明：钢桥墩在单方向上的承载能力和延性特性与荷载作用路径有关，沿正方形加载时结构的延性最小，沿斜方向加载时结构的承载力最小；荷载作用路径对钢桥墩极限状态下的损伤区域长度影响不明显；矩形截面钢桥墩地震损伤区域长度主要与截面宽度及横隔板间距有关，根据这2个参数建立的钢桥墩地震损伤域区域长度预测公式能够正确反映结构在水平双向地震作用下发生局部失稳的范围。该公式可为钢桥墩地震损伤范围预测以及合理混合单元模型的建立提供参考依据，但预测结果偏于保守，精度仍有待于进一步提高。     

节段拼装桥墩撞击试验研究与数值分析

为研究采用节段拼装桥墩与整体现浇桥墩在抗撞击性能方面的差异，探究撞击作用下节段拼装桥墩的撞击响应和破坏模式。采用缩比模型，通过水平撞击试验获得节段拼装桥墩和整体现浇桥墩的动力时程响应曲线，观测不同构造形式桥墩在不同撞击速度下的破坏模式，并对比分析桥墩在撞击荷载作用下的撞击力、位移等动力时程响应；采用非线性有限元模型，对桥墩撞击响应和破坏过程进行仿真模拟，并通过与试验结果进行对比，验证其有限元结果的可靠性；通过参数分析探明了撞击高度、预应力值对拼装式桥墩动力响应的影响规律。研究结果表明：在撞击荷载作用下，整体现浇桥墩主要发生了由受拉弯曲破坏转变为墩底斜向剪切破坏的弯剪破坏，节段拼装桥墩主要发生受撞节段剪切滑移和加载区混凝土压溃；与整体现浇桥墩相比，在撞击作用下节段拼装桥墩撞击力峰值降低21.25%，撞击持续时间相应增加147.62%，同时节段拼装桥墩展现出更强的变形能力和能量耗散能力，但未能展现出良好的自复位能力，增加混凝土局部损伤；有限元模拟与试验结果吻合良好，验证了有限元模型的正确性；基于节段拼装桥墩有限元模型，分析得到撞击高度和预应力值对桥墩撞击力的影响较小，但撞击高度对桥墩变形影响较大，预应力值对桥墩整体刚度也有较大影响；因此，在节段拼装式桥墩抗撞设计时应综合考虑撞击高度和预应力值对桥墩的影响，从而保证结构的可靠安全。     

部分充填钢管混凝土桥墩振动台试验

为了完善部分充填圆形钢管混凝土桥墩的抗震设计理论及其工程应用，对2座采用此类桥墩的两跨高架桥缩尺模型（相似比为1：6.7）进行了强地震动输入下的破坏性振动台试验，研究无偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩和有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩的破坏机理和地震响应。研究发现无偏心桥墩在墩底附近产生了均匀的钢管局部屈曲变形和明显的水平裂缝，而有偏心桥墩并没有产生水平裂缝，所以无偏心桥墩的纵桥向墩顶位移远大于有偏心桥墩。同时，受横桥向恒载偏心的影响，有偏心桥墩的墩顶横桥向位移和墩底局部屈曲变形主要集中在靠近中轴线的一侧，塑性发展区域也大于无偏心桥墩，这使得其墩顶横桥向最大位移大于无偏心桥墩。不过，由于有偏心桥墩并未发生开裂，所以其横桥向残余位移与无偏心桥墩相差不大，均在3 cm左右，验证了有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩若经过合理的截面设计，其抗震性能也能满足既定的要求。此外，恒载偏心使得有偏心桥墩在横桥向两侧所耗散的能量不相等，可能会导致其横桥向两侧的累积塑性变形存在差异，不利于其优越的抗震性能和耗能能力的充分发挥。因此在设计有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩时，需要合理选取混凝土充填高度和径厚比等结构参数，减少恒载偏心对其抗震性能的不利影响。     

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。     

不同墩柱形式的城市高架桥抗震性能研究

为研究不同墩柱形式对城市高架桥抗震性能的影响,选择合适的城市高架桥墩柱形式,依托3跨连续城市高架桥,采用SAP2000建立有限元模型,通过非线性时程分析结果对4种墩柱形式下城市高架桥的抗震性能进行分析。研究结果表明：城市高架桥双柱式桥墩设置盖梁和系梁会增大桥墩的横向刚度,使结构横向振动周期变小;桥墩设置盖梁和系梁会增大纵向地震作用下桥墩的受力;桥墩设置盖梁和系梁可以改变横向地震作用下桥墩的受力分布,使墩身弯矩变小,但会使剪力增大;盖梁和系梁的设置对摩擦摆支座和墩梁相对位移影响较小。研究成果可为同类型桥梁抗震设计提供参考。