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。     

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。     

波纹钢管约束承插式拼装桥墩抗震性能研究

承插式预制拼装桥墩是将预制混凝土墩柱插入承台预留的凹槽内,在间隙中填充混凝土或灌浆料连接形成的装配式结构,承台预留槽内设置波纹钢管以增强对桥墩根部的横向约束。开展承插式拼装桥墩和现浇桥墩2组试件的拟静力荷载试验,研究了承插式拼装桥墩的抗震性能以及波纹钢管的横向约束效应,并通过相关影响参数的模拟分析,探讨了承插深度、灌浆料强度和连接界面处理方式对承插式桥墩抗震性能的影响规律,为其抗震设计提供依据。研究结果表明：波纹钢管约束承插式桥墩柱脚形成的塑性铰区域及破坏形态与现浇桥墩基本一致,承载能力没有明显差异,但破坏时极限位移提高约20%,结构延性和耗能能力有所提高,波纹钢管约束承插式拼装桥墩具有良好的整体性和抗震性能;随着承插深度的增加,承插式桥墩的抗震性能随之提高,当承插深度超过0.6D(D为墩身直径)时,其抗震性能提升趋于缓和;当灌浆料强度达到桥墩主体混凝土强度后,继续增加强度对桥墩抗震性能影响不大;相对光滑界面连接,波纹键齿和梯形键齿连接的承插式桥墩承载能力分别提高约30%和26%,累积耗能分别提高20%和15%,波纹键齿连接的效果最优。     

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.     

预制拼装桥墩体系及其抗震性能研究进展

预制拼装桥墩体系(Pre-fabricated Concrete PierSystem, PCP)抗震性能是影响其推广、应用的关键。为加快PCP在中、高烈度等复杂恶劣工程环境中的设计、施工与建造,首先综述了PCP节点连接的接缝形式、连接构造类型及典型工程示例,指出了PCP常用3种接缝形式和6种连接构造力学性能的研究现状及其优缺点;其次,系统地梳理了PCP抗震性能的研究进展,分析了不同连接条件下PCP的抗震性能,明晰了现有PCP抗震性能研究的不足及未来研究方向;最后,详细地论述了PCP抗震性能提升方法的研究前沿,探究了耗能延性构造的设置、高性能材料的应用、新型装配式节点构造设计以及新型混合预制桥墩体系的提出等PCP抗震性能提升方法的优缺点和发展方向。结果表明：通过对装配式节点的合理设计以及薄弱区域的预处理,预制拼装桥墩体系的抗震性能能够达到“等同现浇”的设计原则。然而PCP在复杂恶劣工程环境中的推广应用仍面临以下关键问题：PCP既有节点连接方式、体系和改进措施的抗震性能研究成果亟需归纳;新型节点连接方式、新体系和新型改进措施亟待提出,相关抗震性能有待验证;既有和新型PCP抗震性能的理论分析及抗震设计方法尚需完善;适用于复杂恶劣环境的预制拼装桥墩设计、施工标准亟需制定。     

组合型外包钢板连接预制拼装桥墩拟静力试验

组合型外包钢板连接是一种新型预制拼装桥墩连接方式,为了研究组合型外包钢板连接预制拼装桥墩的抗震性能,采用拟静力缩尺模型试验的方法,按照缩尺比1:3.75设计并加工了3组桥墩试验模型,分别为组合型外包钢板连接非承插式试件、承插式试件及同尺寸对比现浇试件,对承插式、非承插式以及对比现浇试件在水平往复作用下的破坏形态、滞回和...     

新型自复位变摩擦耗能支撑及其在桥墩抗震中的应用

为了减小传统摩擦耗能支撑在强震作用下的残余变形,提出一种基于形状记忆合金(SMA)板材的新型装配式自复位变摩擦耗能支撑(S-SCFB),该支撑主要包括SMA板圆环自复位系统和摩擦耗能系统。首先阐述了新型支撑的基本构造,揭示了其工作机理和自复位原理;通过开展SMA板材的材性试验研究了其力学性能,基于SMA板材的力学性能和支撑的工作机理,建立了新型支撑的简化分析模型;然后基于ABAQUS有限元软件建立了新型支撑的精细化实体有限元模型,将数值模拟结果与简化分析模型进行了对比分析,系统地研究了新型支撑的滞回性能及影响规律,同时在OpenSees软件中2次开发了新型支撑的恢复力模型;最后,基于新型支撑优良的滞回性能,将其应用到双柱式桥墩中提升桥墩的抗震韧性。研究结果表明：SMA板材本构模型呈“旗帜”型,具有承载力高,变形能力强,自恢复能力良好等优点;基于SMA板材装配的S-SCFB具有稳定的耗能能力和优良的自复位功能,卸载后无残余变形,同时建立的简化分析模型与数值模拟结果吻合较好;通过调整S-SCFB的设计参数,可有效实现调节S-SCFB滞回性能的目的,具有良好的可调节性;附加S-SCFB可以有...     

UHPC和预制榫卯混合连接装配式RC桥墩拟静力试验

为研究现浇超高性能混凝土(UHPC)和预制榫卯混合连接构造对装配式钢筋混凝土(RC)桥墩抗震性能的影响,以某实桥为背景,按缩尺比1∶5、轴压比0.1设计、制作了4个桥墩试件(ZT-1试件为整体现浇;CFST-1试件为钢管混凝土榫卯和灌浆套筒混合连接;UT-1试件和UT-2试件为现浇UHPC和预制榫卯混合连接,UHPC湿接缝分别位于墩底及距离墩底200 mm处)。通过桥墩试件的拟静力试验,分析各试件的破坏模式,并对比各试件的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、耗能能力及刚度退化等参数。结果表明：4个试件均为压弯破坏,ZT-1试件和UT-2试件的塑性铰位于墩底,CFST-1试件和UT-1试件发生了塑性铰上移的现象;与ZT-1试件相比,UT-1试件和UT-2试件的峰值荷载分别提高了3.52%和7.09%,位移延性系数分别提高了2.22%和4.60%;与CFST-1试件相比,UT-1试件和UT-2试件的峰值荷载均小于CFST-1试件,但UT-1试件和UT-2试件的位移延性系数分别提高了18.38%和21.14%;UT-2试件的整体耗能能力优于UT-1试件;UT-1试件和UT-2试件的承载能力下降较为...     

耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能研究

为了提升梁式桥结构的抗震性能,提出了新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座(SCSLRB),并基于形状记忆合金(SMA)滞回特性提出了耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁减隔震参数设计方法。首先,基于OpenSees平台分别建立耗能型滑移铅芯橡胶支座(EDSLRB)与形状记忆合金索的数值模型,分析了往复荷载作用下的滞回响应,并与试验结果进行了对比,验证了数值模型的准确性,进一步建立了耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座数值模型。在此基础上,选取某3跨隔震连续梁桥,采用提出的减隔震参数设计方法,对耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座参数进行了优化设计,并基于支座最优参数进一步研究了减隔震参数设计方法的适用性与耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁的抗震性能。结果表明：新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座参数设计方法可有效得到隔震系统的最优参数;基于最优参数的新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁的自复位与耗能性能显著提升,能够实现主梁峰值位移、支座残余位移与桥墩地震剪力、弯矩的双重有效控制。其中,主梁峰值位移减幅达18.5%,支座残余位移显著减小,桥墩墩底剪力最大增幅仅为8.3%,支座耗能最大增幅达14.8%。研...     

预制UHPC模壳增强RC桥墩设计方法与抗震性能分析

采用预制超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）永久模壳增强普通混凝土（Reinforced Concrete,RC）桥墩,可提高其抗震能力和耐久性能,同时加快桥梁施工速度。为研究预制UHPC永久模壳对桥墩抗震性能的影响,提出了预制模壳的设计方法,分析了其对桥墩的主动增强及被动约束机理;通过参数敏感性分析,研究了UHPC永久模壳关键参数对桥墩抗震性能的影响,包括UHPC抗压和抗拉强度等材料性能参数及模壳高度和厚度等几何参数。研究结果表明：永久模壳设计厚度由UHPC抗拉强度及桥墩截面尺寸控制,核心区混凝土浇筑温度及速度对其有一定影响,浇筑温度与模壳设计厚度呈逆相关,当浇筑温度从0℃上升到30℃时,模壳厚度约减小43%,而浇筑速度与模壳厚度呈正相关,当浇筑速度从0.5 m·h^-1增加到4 m·h^-1时,模壳厚度约增加30%;预制模壳的主动增强和被动约束作用可提高RC桥墩最大承载力和耗能能力15%以上,残余变形可减小17%以上;UHPC抗压和抗拉强度对新型桥墩初始刚度、最大承载力、耗能能力等性能指标影响较小,变化量均低于6%,提高UHPC抗压强度可有效降低新型桥墩的残余变形;预制UHPC模壳厚度和高度等几何参数主要影响新型桥墩的初始刚度和残余变形,对其耗能能力和最大承载力无显著影响;研究成果可为预制UHPC永久模壳增强混凝土桥墩的设计及抗震分析提供参考依据。     

预制浅承插式高强混凝土空心桥墩抗震性能试验

为降低桥墩运输吊装质量、简化连接工艺、减小承台尺寸,提出了浅承插式(承插深度比为0.7)高强混凝土预制空心桥墩方案,并对其进行拟静力滞回试验研究.试验中共测试1个现浇墩、2个不同后灌注混凝土高度(350、850 mm)的预制空心墩,对比了 3个桥墩的变形和破坏过程,比较了不同后灌注混凝土高度的预制桥墩与现浇桥墩的滞回曲...     

配置HRB500E,HRB600钢筋的混凝土圆柱抗震性能试验

为了研究高强度钢筋对试件抗震性能的影响,对11个配置HRB335,HRB500E,HRB600钢筋的混凝土圆形柱进行了水平低周反复荷载作用下的拟静力试验.对比分析钢筋等体积代换和等强度代换时,纵筋强度、箍筋强度、箍筋间距、混凝土强度等因素对试件破坏机理、抗弯承载力、耗能能力的影响及位移延性等对抗震性能的影响.研究结果表明:采用不同强度钢筋时,试件均为典型的弯曲破坏,墩底形成塑性铰,纵筋断裂;钢筋等体积代换时,纵筋强度对试件承载力、变形能力和总耗能能力影响较大,箍筋强度影响较小;等强度代换时,试件抗震性能基本保持不变,采用高强钢筋可以减小钢筋用量;箍筋间距增大时,箍筋对纵筋约束减小,试件变形能力和耗能能力减弱;混凝土强度对试件抗震性能影响较小.     

直接基于位移的预制拼装墩柱抗震设计

基于性能的设计是桥梁抗震设计未来的发展方向之一,而基于位移的抗震设计方法是实现基于性能设计的最佳途径。预制拼装预应力混凝土桥墩的受力特性与普通钢筋混凝土现场浇筑桥墩的受力特性有较大区别,为了实现中高烈度区桥梁快速化施工建造,对基于位移的预制拼装预应力混凝土桥墩抗震设计方法进行研究。基于节点弯矩-曲率分析和非弹性位移反应谱,提出基于位移的预制拼装桥墩设计方法。首先根据基于性能的设计思想,结合预制拼装桥墩的受力特点,确定5个性能水平和对应的工程需求参数;然后推导塑性转动从接缝张开算起的目标位移的计算方法;提出单柱式预制拼装桥墩直接基于位移的抗震设计步骤,对该种旗帜形滞回响应结构的等效黏滞阻尼、非弹性位移反应谱、设计水平力、弹性开裂刚度等内容进行研究。以某拟静力往复加载试验预制拼装桥墩为例进行直接基于位移的设计,并进行纤维模型非线性地震时程分析,比较两者结果,验证所提方法的正确性。     

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。     

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。