基于摇摆机械铰连接的自复位桥墩抗震性能研究

为减少自复位桥墩的摇摆界面可能由压力造成的混凝土压碎和预应力损失，同时加快预制桥墩与承台的连接速度，基于某采用钢筋提供耗能能力及恢复力的可恢复铰(简称RH铰),提出一种新型摇摆机械铰。该新型摇摆机械铰(简称摇摆铰)首先将RH铰的普通钢筋改为无粘结预应力筋和U形耗能器，分别为桥墩系统提供自复位能力和耗能能力，形成球形机械铰(简称球形铰),再增大支点与墩中心线的距离使重力提供稳定力矩。对该摇摆铰与球形铰结构构造进行对比分析，推导摇摆铰桥墩和球形铰桥墩的荷载～位移关系，对比2种桥墩的滞回曲线，并以某四跨连续梁桥为背景，采用非线性时程分析方法对比分析采用摇摆铰和球形铰桥梁的地震响应。结果表明：摇摆铰桥墩的滞回曲线呈典型的旗帜形，而球形铰桥墩的滞回曲线可用弹塑性曲线表示；在相同条件下，摇摆铰桥墩比球形铰桥墩具有更强的水平承载能力和自复位能力；与采用球形铰的桥梁相比，采用摇摆铰的桥梁中墩处主梁峰值位移更大，中墩墩底剪力相近，残余位移更小，自复位性能更优。     

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。     

内置SMA杆节段拼装桥墩抗震性能分析

为研究超弹性材料SMA在预制节段拼装桥墩中的应用和抗震性能,基于SMA材料循环拉伸试验和预制节段拼装自复位桥墩试验,运用OpenSees有限元软件建立内置SMA杆预制节段拼装自复位(Shape memory alloy self-Centering,SMA-SC)桥墩数值模型,通过拟静力分析,对比RC柱和含耗能钢筋自复位(Energydissipation bars self-Centering, ED-SC)桥墩的骨架曲线、残余位移曲线、耗能曲线,揭示内置SMA杆自复位桥墩具有较小的残余位移和良好的耗能能力。     

薄壁箱形截面桥墩竖向开裂空间分析

为满足施工和结构受力需要,山区高速公路桥墩常采用薄壁箱形截面,但在施工过程中发现,在承台与桥墩相接处,普遍出现竖向裂缝.该文通过对桥墩裂缝性质、桥墩结构布置和受力特点的分析,得出裂缝出现的3种可能原因,并采用有限元软件Ansys,建立仿真模型,得出不同工况条件下桥墩的应力,分析其对桥墩开裂的影响,并提出了针对性的处理措施.     

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。     

钢纤维自密实混凝土节段拼装桥墩拟静力试验研究

为减少地震作用下节段拼装桥墩接缝处混凝土的破坏,以及研究钢纤维自密实混凝土的耗能能力,分别制作了普通自密实混凝土和钢纤维自密实混凝土的节段拼装桥墩模型.采用拟静力试验研究2个试验模型的抗震性能,对试验过程中的节段接缝破坏特点、力-位移滞回曲线和耗能能力进行了分析.研究结果究表明:钢纤维能有效延缓裂缝的发展和混凝土剥落的...     

承插式连接钢筋混凝土桥墩力学性能研究

承插式连接桥墩是通过在承台或者盖梁预留孔槽，拼装时将预制墩柱插入预留孔中，并向四周灌入高强混凝土材料的一种新型装配式桥墩。本研究依托京沪高速公路江苏段改扩建项目，设计承插式连接和现浇连接桥墩的两种缩尺模型，进行拟静力试验对比研究；同时，基于ABAQUS有限元软件，对不同设计参数的承插式连接桥墩模型进行单调加载，分别对模型的荷载～位移曲线、刚度退化曲线和延性系数等相关力学参数进行相关讨论。研究结果表明，轴压比和承插深度对承插式连接桥墩的性能的影响较大；在承插深度合适的情况下，当灌浆料强度不小于主体混凝土结构强度时，灌浆料强度影响可忽略不计。     

新型桥墩模型在钢筋混凝土桥梁结构中的应用研究

为了研究新型钢筋混凝土自复位桥墩模型,该文基于传统的重力式桥墩模型,提出两种分别设置有自复位弹簧与高阻尼橡胶支座的新型摇摆自复位桥墩,通过设计对应模型的振动台试验,对地震荷载作用下,两种不同形式的自复位桥墩与传统桥墩的地震荷载响应进行了分析,结果表明:与传统的重力式桥墩相比,在同种烈度的地震波作用下,新型钢筋混凝土自复位桥墩模型在应力响应以及加速度响应方面都有所降低,但是墩顶水平位移响应较大,表明这两种自复位桥墩模型具有良好的减隔震性能;与设置自复位弹簧的钢筋摇摆自复位桥墩相比,设置高阻尼橡胶支座的自复位桥墩加速度以及应力响应更小,但位移响应相对较大,高阻尼橡胶支座的摇摆自复位桥墩是一种更为理想的摇摆自复位结构形式。     

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。     

新型SCEB力学性能及其在双柱式桥梁结构中的应用

基于结构"保险丝"概念和减小残余位移的目的,提出采用自复位耗能支撑(SCEB)应用于双柱式桥梁结构的设计理念。首先提出一种新型SCEB-自复位防屈曲支撑,阐明其工作机理并通过试验验证了其力学性能;然后基于新型SCEB的力学性能,建立附加SCEB双柱式桥墩结构的恢复力模型,并给出双柱式桥墩结构中新型SCEB的设计方法,通过合理设计SCEB使其先于桥墩屈服并耗能,可减小主体结构墩身的地震损伤,并且能够有效控制桥梁结构震后的残余位移;最后基于OpenSees软件平台,验证SCEB应用于双柱式桥梁结构中的可行性和有效性,并对附加新型SCEB的双柱式桥梁结构进行抗震性能分析。新型SCEB试验结果验证了合理的设计能够实现新型支撑具有稳定的耗能能力和良好的自复位功能,其力-位移滞回曲线呈明显的旗帜形特征;数值模拟结果不仅验证了附有"保险丝"构件的新型耗能桥梁结构的抗震性能优于传统横系梁桥梁结构,还验证了SCEB作为"保险丝"附加在桥梁结构中的有效性;附加新型SCEB的双柱式桥梁结构与附加传统BRB双柱式桥梁结构相比,在提高桥梁结构横向刚度的同时,对桥墩主体结构具有更好的保护作用和耗能能力,特别是能够减小甚至消除桥梁结构的残余位移。     

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。     

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。     

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。     

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。     

不同配箍率和钢纤维掺量UHPC柱抗震性能试验

为明确超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）柱中配箍率和钢纤维掺量对抗震性能的影响,对不同配箍率（0%、0.25%和0.5%）与钢纤维体积掺量（0%、1%和2%）的5根超高性能混凝土足尺柱试件进行了抗震性能试验研究,分析了配箍率和钢纤维掺量对超高性能混凝土柱耗能能力、自复位能力、强度退化性能、刚度退化性能以及弯矩曲率关系的影响规律。基于对超高性能混凝土柱构件性能、箍筋应变以及等效侧向约束力的分析,提出钢纤维体积掺量与配箍率的等效计算公式。研究结果表明：①配箍率对正截面破坏超高性能混凝土柱的延性、耗能能力以及自复位能力均有影响,当配箍率从0%提高到0.5%时,柱试件的延性系数提高15%,耗能能力提高55%,自复位能力提高32%;②钢纤维体积掺量对超高性能混凝土柱破坏形态的影响显著,随着钢纤维体积掺量的增加,混凝土的压碎剥落现象得到明显改善,延缓了受压钢筋屈曲现象的发生,从而提高了柱的延性,当钢纤维体积掺量从0%提高到2%时,柱试件的延性系数提高45%,耗能能力提高142%,自复位能力提高42%;③对于正截面破坏的受压构件而言,采用钢纤维代替箍筋具有一定的可行性。对于所研究的超高性能混凝土柱而言,2%的钢纤维体积掺量可等效于0.51%的配箍率。     

基于RSC体系的双层桥梁排架墩地震损伤控制设计

为实现钢筋混凝土（RC）双层桥梁排架墩的地震损伤控制设计,提出将上层桥墩设计为装配式摇摆-自复位（RSC）结构,下层桥墩设计为装配式承插连接,但不发生摇摆反应的双层桥梁排架墩。给出新型排架墩中无黏结预应力筋、耗能角钢等的设计方法。以甘肃省洛塘河大桥非规则双层排架墩为原型,建立普通RC与新型RSC两种双层排架墩抗震数值分析模型,并结合太平洋地震工程研究中心（PEER）完成的RSC排架墩振动台试验结果验证建模方法的准确性。在此基础上,完成RC与RSC排架墩模型在40条近断层地震动下的动力时程分析,对比分析2种排架墩的抗震性能。研究结果表明：RSC排架墩上层桥墩最大层间位移角略大于普通RC排架墩的上层桥墩最大层间位移角,但RSC排架墩下层桥墩最大层间位移角仅为普通RC排架墩下层桥墩最大层间位移角的47%;RSC排架墩上、下层桥墩层间残余位移角仅为普通RC排架墩上、下层桥墩层间残余位移角的2%左右;RSC排架墩可显著降低下层桥墩的地震剪力需求,无黏结预应力筋应力保持弹性,耗能角钢易屈服耗能但未拉断,验证了所建议的双层桥梁排架墩地震损伤控制设计方法的合理性。     

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。     

节段拼装桥墩拟静力试验研究

采用拟静力试验方法比较承插式和节段式两种预制拼装桥墩在循环荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、耗能能力、残余变形和墩柱曲率分布的异同。试验结果表明：预应力筋提高了构件的自复位能力,而耗能能力降低;承插式构件破坏形态是弯曲为主的延性破坏,骨架曲线具有强度稳定段,水平抗力和耗能能力较优;节段式构件集中在节缝区域破坏,残余位移比承插式构件小得多。     

多跨连拱桥设计研究

多跨连拱桥韵律感强烈,造型优美。该文以软弱地质条件下建造的十一跨钢筋混凝土连拱桥为例,剖析该类多跨连拱桥的结构受力特点及设计思路,提出了采用体外预应力解决墩台拱脚间的不平衡推力的解决方案,并通过设置制动墩将拱桥分联以解决施工期间分次落架的问题。