圆形钢筋混凝土桥墩抗震性能(Ⅱ):试验结果评估

根据桥墩拟静力正交试验现象及数据结果,研究了圆形钢筋混凝土桥墩的变形特征及弯曲强度特性;并对低周反复荷载作用下桥墩的位移延性、等效刚度和刚度退化性能以及极限位移状态下累积耗能能力进行了评估,综合考察了剪跨比、轴压比、纵筋率、配箍率等因素对桥墩延性性能的影响.可为桥梁的延性抗震设计提供参考.     

高铁桥梁圆端形桥墩延性性能影响因素研究

以某高铁桥梁圆端形桥墩为工程背景,运用ucfyber软件研究了混凝土强度、轴压比、配筋率、保护层厚度等参数对圆端形桥墩延性性能的影响。分析结果表明,混凝土强度过高和过低对结构的延性均有不利影响;轴压比的增加使桥墩的延性耗能能力迅速降低;增加纵向配筋率对桥墩的延性耗能能力同样不利;保护层厚度对桥墩延性性能的影响相对较小;圆端形桥墩横桥向的延性性能优于顺桥向。     

带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩抗震性能

为研究不同连接方式装配式混凝土桥墩的抗震性能,进行了2根装配式混凝土桥墩（连接构造分别为钢管剪力键和灌浆套筒）和1根现浇整体式混凝土桥墩的拟静力试验,分析对比试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力,采用ABAQUS通用程序建立有限元模型,并开展了有限元参数分析. 研究结果表明:3类桥墩试件水平荷载-位移滞回曲线较饱满,具有良好的抗震性能,均为整体压弯破坏,无明显的强度退化,累积耗能能力相近;在不同轴压比、长细比、混凝土强度和钢筋强度条件下,带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩的水平峰值荷载和位移延性系数均优于传统灌浆套筒连接的装配式桥墩,提高幅值分别为4%～32%和8%～36%;轴压比、长细比、钢管剪力键嵌入深度和钢管直径是影响钢管剪力键连接的装配式混凝土桥墩抗震性能的重要参数.      

圆柱式节段空心墩抗震加固方式研究

运用美国太平洋地震工程研究中心开发的OpenSees软件,采用纤维梁柱单元建立圆柱式节段桥墩模型,进行拟静力加载过程分析,研究预应力筋布置形式和使用耗能钢筋及钢套管加固对桥墩抗震性能的影响.结果表明:预应力钢束均匀布置在四周比布置在中心具有更好的抗震性能,在墩底增设钢套管时,对节段桥墩抗震性能的提高帮助不大;钢套管厚度的变化对桥墩拟静力性能影响不大;在墩底设置耗能钢筋能改善桥墩的抗震性能,耗能钢筋长度以穿过塑性铰区为宜;随着耗能钢筋配筋率的增加,空心节段桥墩强度退化加快,延性能力减弱;对耗能钢筋配筋率较高而耗能能力不好的节段桥墩,可通过降低耗能钢筋屈服强度有效延缓其强度退化,提高延性能力.     

外置可更换耗能装置的节段拼装CFST桥墩抗震性能分析

为顺应桥墩震后使用功能快速修复的新要求,提高预制拼装桥墩在中、高烈度地震区的适用性能,提出了一种外置可更换耗能装置的节段拼装钢管混凝土（CFST）桥墩. 基于ABAQUS有限元分析软件建立了三节段后张预应力预制拼装CFST桥墩分析模型,对外置3种不同控制参数（截面贡献率、耗能钢棒长细比及其布置方式）耗能装置的桥墩模型在往复加载作用下的抗震性能进行了分析. 研究结果表明:外置耗能装置的节段拼装CFST桥墩墩身损伤可控,能够通过更换耗能装置等措施实现震后的快速修复;与未设置耗能装置的桥墩相比,该类桥墩的侧向承载力、初始刚度和耗能能力分别提升了11%~88%、2.86%~6.87%和2.3倍~12.9倍;为保证震后修复的可行性,建议耗能装置的截面贡献率宜低于1.9%;中部接缝处设置的耗能钢棒直径过小将阻碍墩底处耗能钢棒充分发挥耗能作用,耗能装置沿墩高方向布置的折减系数大于0.5;耗能钢棒长细比的改变会影响墩柱的抗侧强度和延性,长细比减小,桥墩耗能能力逐渐提升,但残余位移也逐渐增大,建议耗能钢棒长细比的取值宜大于4.5.      

轴压比对钢筋混凝土桥墩抗震性能的影响分析

为研究钢筋混凝土桥墩在不同轴压比下的抗震性能,以某实际工程桥墩为例,基于Open Sees有限元软件建立不同轴压比下桥墩的有限元模型,分析讨论了各桥墩在循环荷载作用下的滞回性能、累积耗能及其变形能力。研究结果表明,在0. 1～0. 3的轴压比范围内,构件承载力随轴压比增大而增大,但随着轴压比的增大,承载力下降速度也随之加快;轴压比从0. 1增大到0. 3时,构件累积耗能值降低了41. 2%;构件的位移和曲率延性系数均随着轴压比的增大而显著减小。     

西曲阜大桥预制与现浇墩柱抗震性能对比试验研究

依托威海西曲阜大桥的预制拼装桥墩设计,开展比例1∶3. 5的预制拼装与现浇墩柱抗震性能对比试验,预制拼装墩柱采用灌浆套筒连接。试验表明:预制拼装墩的滞回曲线呈现一定的捏缩现象,现浇桥墩的滞回曲线相对较为饱满;两种桥墩试件的水平抗力和延性系数基本相同,可以满足设计要求;预制墩对应的等效屈服位移和极限位移较大;预制墩柱在同一位移幅加载下的单圈耗能比现浇墩柱小,但总耗能比现浇墩柱大;预制墩柱的损伤、残余位移等自恢复指标均优于现浇墩柱。采用灌浆套筒连接的预制拼装桥墩的抗震性能与现浇桥墩相当,自恢复性能较好,是一种可靠的桥墩构造形式。     

柔性横系梁钢管混凝土双柱墩抗震性能分析

基于Pushover分析方法与滞回分析,探索柔性横系梁对钢管混凝土双柱式桥墩抗震性能的影响,采用非线性纤维梁柱单元,建立单柱墩、柔性横系梁双柱墩和刚性横系梁双柱墩模型,并进行计算对比分析,研究横系梁刚度的变化对墩顶位移能力、位移延性系数及滞回性能的影响。结果显示,随横系梁刚度增大,墩顶的位移延性能力减小,位移延性系数增大,桥墩水平承载能力提高,同时滞回耗能性能提高。     

PEC柱-型钢梁框架异型内节点的抗剪性能试验研究

由于民用建筑外观及工业建筑生产工艺要求，部分包覆钢-混凝土结构因错位、变梁变柱等会形成异型内节点.为研究该类异型内节点的抗剪性能，以柱两侧梁错位高度、单侧梁截面高度增大等为变量参数，按1∶2缩尺比例设计制作了1个常规内节点和3个异型内节点模型试件，并完成低周往复荷载试验，分析了内节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能等指标.试验研究结果表明：各试件滞回曲线均呈现对称饱满的梭形；等效黏滞阻尼系数在0.598～0.618，位移延性系数在3.28～4.96，表现出良好的耗能性能及变形性能；因错位、变梁形成的异型内节点与常规内节点相比，承载力分别提升约6.1%、14.0%、15.0%；位移延性系数提升了约-26.6%、11.0%、-14.1%，延性性能规律不明显，耗能能力、强度和刚度退化变化不大；对于左右梁截面尺寸相同且完全错开（即错位高度大于梁高）的Ⅰ类异型内节点，可按T形边节点进行设计；基于节点域传力机理，建立了Ⅱ类异型内节点抗剪计算模型，并提出了抗剪承载力计算公式，试验结果与理论计算结果吻合较好.     

基于损伤和能量耗散的钢筋混凝土柱抗震性能研究

从PEER数据库中选取7根钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的试验数据,在分析了不同轴压比和配箍率下各试件的滞回特性、延性指标和割线刚度退化等的基础上,基于钢筋混凝土构件的Park-Ang双参数破坏准则,研究了构件损伤与耗能的关系、轴压比和配箍率对滞回耗能和损伤演化的影响。结果表明,轴压比较小和配箍率较高的试件,滞回曲线较为饱满,具有较好的延性性能;在一定范围内,增大轴压比或配箍率可以提高试件的屈服位移、屈服荷载和峰值荷载;加载前期,试件的损伤主要由位移首次超越引起,累积耗能对试件损伤影响相对较小,随着位移幅值的增大,累积耗能对试件损伤的贡献逐渐加大;配箍率相同的情况下,减小箍筋的间距对改善钢筋混凝土抗震性能有显著作用。     

非正交水平荷载作用下局部锈蚀RC矩形墩抗震性能研究

针对锈蚀钢筋混凝土(RC)桥墩,采用OpenSees软件结合已有实验数据,建立其有限元数值模型并加以检验,据此通过拟静力加载和动力时程分析,探究不同锈蚀位置和非正交加载角度对其抗震性能的影响,结果发现:锈蚀位置靠近墩底塑性铰区域,抗震性能退化显著;锈蚀位置上移后抗震性能退化迅速减弱;拟静力作用下,随着加载角度趋向强轴,RC桥墩的屈服荷载和最大侧向荷载明显提高,延性增大,滞回耗能能力显著增强.反之,加载角度偏近弱轴,最大侧向荷载和位移延性系数则受锈蚀影响明显,退化加剧;地震动作用下,墩底位置发生锈蚀时,墩顶最大位移角最大,墩底最大剪力和弯矩最小,随锈蚀位置上升,最大位移角减小,抗弯和抗剪强度提升;地震动输入角度由弱轴偏向强轴时,墩顶最大位移角减小,墩底最大剪力和弯矩增大,其中抗弯强度的提升幅度比抗剪强度大.研究结果可对在役锈蚀RC桥墩的抗震性能评估提供理论依据.     

低配筋混凝土桥墩抗震性能的实验研究

通过５个大比例尺桥墩模型在往复加载实验，研究了低配筋混凝土桥墩的抗震性能，如荷载－位移关系，延性比和累积耗能等，着重讨论了剪跨比和配箍率对破坏模式和延性动力参数的影响，并且得出了一些对桥梁延性抗震分析和设计有用的结论。     

不同洞口位置节能砌块隐形密框墙体抗震性能

为了研究节能砌块隐形密框复合墙体的破坏形态及滞回性能、刚度退化、延性和耗能能力等抗震性能,以门洞位置为变化参数,设计制作了6个缩尺比例为1/2的墙体试件,进行了低周往复加载试验.首先,通过对比、总结的方法,得出了试件的破坏形态并分析了其滞回性能;其次,采用切线刚度计算方法,对比分析了各试件刚度退化规律;然后,通过图解法确定屈服位移,并利用公式计算位移延性系数,从而分析判断各试件的延性性能;最后,采用等效粘滞阻尼系数的计算方法研究试件的耗能能力.研究结果表明:在低周往复加载下,配筋合适的开洞复合墙体往往会发生剪压破坏,其破坏过程可分为弹性、弹塑性和破坏3个阶段;墙体试件的滞回曲线形状较为饱满,能表现出开洞的墙体会有良好抗震性能;中开洞墙体其骨架曲线下降段更为平缓,比偏开洞墙体的抗震性能更好;开洞位置越接近墙体的中间部位,墙体在弹塑性阶段刚度的有利贡献就越大,其变形能力也会越强;6个试件的延性系数均大于3,满足抗震规范要求,开洞位置越接近墙体中间的试件延性越好,其等效粘滞阻尼系数也越大,其耗能性能也越好;确定了墙体在不同性能目标时的变形容许值,为设计该类墙体提供理论基础.     

基于性能的三层全钢管混凝土框架试验研究

为了研究全钢管混凝土框架结构的抗震性能,对一榀单跨3层方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁框架结构进行拟静力试验,研究了该结构的滞回性能、延性、承载力与刚度退化、耗能能力等性能指标,并通过有限元模拟,分析了矩形钢管混凝土梁的受力机理.研究结果表明:此类全钢管混凝土框架结构滞回曲线饱满,延性系数大于3,层间位移转角在1/43~1/27之间,层间塑性变形能力随着框架柱长细比及梁柱线刚度比的增加逐渐减小,等效粘滞阻尼系数在0.115~0.441之间,强度退化不明显,但刚度退化较为明显;在加载过程中,梁端、柱根部屈服后,随着荷载的增加,中和轴向受压区逐渐移动,极限荷载时混凝土受拉区达到最大.     

采用不同模拟方法的预制拼装桥墩拟静力加载模拟对比

预制拼装桥墩因其施工速度快、环境影响小、施工成本低等诸多优势,成为桥梁下部结构的应用趋势。为探究预制拼装桥墩不同数值模拟方法的优劣,选取文献中试验桥墩试件作为建模对象,采用现阶段三种预制拼装桥墩最常用的数值模拟方法(纤维模型法、实体模型法、集中塑性铰模型法),建立三种预制拼装桥墩有限元分析模型,进行拟静力加载模拟。采用滞回性能、骨架曲线、累积耗能、刚度退化作为指标对三种分析模型的模拟效果做出评价。结果表明:三种分析模型均能够被用于模拟预制拼装桥墩的滞回性能、极限承载力和刚度;在模拟预制拼装桥墩非线性能力上实体模型模拟效果最好,其次是纤维模型和塑性铰模型。实体模型在模拟预制拼装桥墩损伤方面具有更好的效果,纤维模型对桥墩损伤后刚度退化的模拟敏感程度偏低。     

基于推倒分析的圆形与矩形截面形式桥墩的对比研究

推倒分析方法作为一种结构非线性地震响应的近似计算方法,以其概念简明、操作简便、能用图形方式直观地表达结构的抗震能力与需求等特点,正逐渐受到重视和推广.对圆形截面和矩形截面桥墩进行Push-over分析,通过实例计算,比较这两种不同形式截面桥墩的抗震性能.一般说来,圆形桥墩抗震性能好一些.     

基于地震力作用下的桥墩选型研究

桥墩的截面型式多种多样,墩柱的优劣直接与桥梁的静、动力特性密切相关。不同桥墩型式使得墩柱的刚度不尽相同,桥墩刚度对桥梁的抗震性能、全桥的整体性等有显著的影响。采用双柱式、矩形薄壁墩、空心圆形三种不同截面来模拟桥墩刚度差异,通过建立全桥有限元分析模型,研究了不同桥墩型式下桥梁的自振频率、振型、地震反应位移及内力的变化规律,为桥墩的选型提供参考。     

低周荷载下FRP约束RC矩形空心墩的抗震性能试验研究

为了评价FRP约束RC空心墩的抗震性能,设计并制作了5个未约束和FRP约束矩形空心墩,并进行了恒轴压、水平单向低周反复荷载下的拟静力试验。通过对比分析了不同试验墩的滞回曲线、水平力和延性、总耗能和耗散系数。结果表明:FRP约束矩形空心墩的塑性铰区,可提高其抗侧刚度、改善其耗能能力和延性、提高其变形能力,且空心墩的抗震滞回耗能能力较稳定,但是,对水平力的影响较小。此外,耗散系数与总耗能的变化趋势不同,因此,评价RC空心墩耗能能力时,应综合考虑总耗能和耗散系数。     

低屈服点波形钢板剪力墙减震耗能性能数值分析

为了研究低屈服点波形钢板剪力墙（corrugated steel plate shear wall,CSPSW）新型抗侧向荷载系统减震耗能性能，利用有限元软件ABAQUS，对16个CSPSW有限元模型进行横向单调和循环荷载作用下的减震耗能性能数值分析，并以波形钢板屈服强度和板厚为关键参数，综合分析其对结构抗侧性能、滞回性能、刚度退化、延性和能量耗散等性能的影响规律.研究结果表明：低屈服点CSPSW与普通钢板剪力墙初始刚度相同，但抗侧性能弱于后者；与普通屈服强度CSPSW相比，低屈服点CSPSW滞回曲线更饱满，耗能性能更好，且延性更好；随着波形钢板屈服强度降低，低屈服点CSPSW延性和耗能性能均提高，结构水平刚度退化加快；随着波形钢板厚度增大，低屈服点CSPSW初始刚度和结构耗能性能均提高，承载能力变化较小.     

CFRP加固震损非延性RC框架抗震性能试验研究

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固震损非延性钢筋混凝土(RC)框架抗震性能,制作并完成了1榀1/2缩尺两层两跨非延性RC框架子结构试件加固前后的拟静力试验.将试件加载至峰值承载力,对采用外包CFRP法对震损节点处进行加固后的试件进行试验研究,获得了CFRP加固震损非延性RC框架的破坏形态与滞回曲线,分析了其刚度、强度、延性和耗能等抗震性能指标,并与完好结构进行对比.分析结果表明:CFRP加固对提高震损非延性钢筋混凝土框架结构的最大水平承载力、初始刚度有限,对其耗能能力提升明显;加固结构的平均位移延性系数为2.81;当其最大层间位移角到达1/50时,加固结构依然具有较大的安全储备空间,加固后的震损非延性RC框架结构可以用于地震区.