动力荷载下钢管混凝土墩柱抗震性能极限分析

为研究钢管混凝土桥墩极限抗震性能，采用Abaqus软件建立圆钢管混凝土桥墩三维实体-壳单元有限元模型。为更准确的描述圆钢管混凝土桥墩的抗震性能退化、震后残余位移变化规律，模型中对混凝土引入裂缝、对钢管引入韧性损伤，进行单向拟静力、单向拟动力、双向拟动力、振动台加载下圆钢管混凝土桥墩抗震性能试验验证。分析结果表明：考虑水平裂缝和钢材韧性损伤影响的钢管混凝土墩柱实体-壳精细有限元塑性抗震计算方法合理，反映循环荷载下钢管混凝土桥墩的滞回曲线“捏拢”效应、塑性大变形阶段承载力退化现象和单、双向动力荷载下钢管混凝土桥墩震后残余位移，也反映钢管混凝土墩柱的界面滑移和约束作用规律；相同地震波作用下全填充钢管混凝土桥墩的地震响应最小，填充混凝土有利于提高桥墩的极限抗震能力。提出适用于双向地震波作用的钢管混凝土桥墩墩顶残余位移与最大位移响应之间的计算公式。     

酸雨腐蚀后圆钢管混凝土柱抗震性能研究

通过ABAQUS商用有限元软件建立往复荷载下酸雨腐蚀后圆钢管混凝土柱有限元模型,在钢材和混凝土本构关系模型中,考虑由锈蚀损伤引起的钢材弹性模量和屈服强度的折减,有限元模型计算的滞回曲线与试验获得的滞回曲线做对比分析,发现两者吻合程度较好,说明建立的有限元模型是有效的、可行的。基于此有限元模型,模拟酸雨腐蚀后实际工程截面尺寸的圆钢管混凝土柱在不同锈蚀率(B=0%,5%,10%,15%,20%,25%和30%)和轴压比(n=0.2,0.4和0.5)下抗震性能退化行为,数值分析结果表明:随着锈蚀率和轴压比增大,骨架曲线承载力减小,刚度出现退化和累计滞回耗能降低。     

无黏结预应力带耗能钢筋预制节段拼装桥墩抗震性能研究

运用美国太平洋地震工程研究中心开发的OPENSEES程序,采用纤维梁柱单元建立无黏结预应力带耗能钢筋预制节段拼装桥墩模型,进行拟静力加载过程分析,研究预应力度、轴压比、普通钢筋和预应力筋配筋率等参数对墩柱抗震性能的影响.结果表明:随着预应力度的提高,桥墩屈服力提高,但对水平承载力影响较小;预应力和上部结构恒载总的轴压比为20%～30%时,桥墩具有较高的水平承载力和等效阻尼比;预应力筋配筋率为0.20%～0.50%时,桥墩具有较稳定的水平承载力和耗能能力,增大预应力筋配筋率,桥墩等效阻尼比降低;提高普通钢筋配筋率时,桥墩的屈服力、水平承载力、能量耗散和等效阻尼比均有显著提高,但残余位移增大.地震响应分析结果表明,增设耗能钢筋能提高节段拼装桥墩水平承载力;地震作用下桥墩破坏时,墩底剪力约为拟静力试验水平承载力的70%～90%,墩顶位移约为拟静力试验破坏位移的50%.     

材料耐久性损伤对混凝土构件抗震性能影响

通过试验验证有限元分析合理性,采用非线性分析方法并考虑钢筋锈蚀后黏结滑移性能退化,并从碳化率的角度,研究材料耐久性损伤对钢筋混凝土构件抗震的影响。研究结果表明:混凝土碳化对构件承载力、刚度及延性影响较小,碳化对构件滞回性能的影响主要体现在滞回曲线饱满程度降低,随碳化率的增大耗能能力退化明显,当保护层混凝土完全碳化时,耗能性能约降低28%。钢筋锈蚀对构件滞回性能影响较大,承载力、延性及耗能性能均随锈蚀率的增大而降低;考虑黏结滑移后,构件开裂前滞回性能变化不大,随着荷载增大,考虑黏结滑移要比不考虑黏结滑移时构件刚度及延性退化更为严重,但对承载力及耗能退化影响较小。综合考虑碳化及钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件抗震性能的影响,建议在抗震区控制构件碳化深度及钢筋锈蚀,限制保护层混凝土碳化率不大于60%及锈蚀率不大于10%,从而保证结构良好的抗震性能。     

考虑刚度退化的铁路低配筋混凝土桥墩抗震评估方法

根据已有试验结果,得到适用于铁路低配筋混凝土桥墩的荷载位移双折线模型.选取4类场地的320条实际地震记录,利用该双折线模型研究4类场地的强度折减系数谱值随桥墩屈服后刚度折减系数变化的规律.结果表明:在考虑桥墩屈服后刚度退化的情况下,强度折减系数谱值随桥墩屈服后刚度折减系数的增大而降低,说明低配筋混凝土桥墩屈服后的刚度退化越大,桥墩对地震的强度需求越大.通过对4类场地强度折减系数谱的统计分析,给出考虑刚度退化的三折线型强度折减系数谱以及据此的铁路低配筋混凝土桥墩抗震评估方法.     

构件可更换铁路桥墩抗震性能拟静力试验研究北大核心

为了快速恢复地震后受灾桥梁的使用功能,提出一种由混凝土柱和钢桁架联结系组合而成的构件可更换格构式桥墩体系。为研究构件可更换桥墩的抗震性能,设计制作1∶12缩尺模型进行拟静力试验,并采用有限元方法对试验过程进行数值模拟。结果表明:可更换构件中斜腹杆发生屈服,是主要耗能构件,弦杆与竖杆不易屈服;墩柱中混凝土出现可修复的细小裂纹,钢筋处于基本弹性状态,模型桥墩具有较好的抗震性能。     

高层斜交网格结构斜交柱节点抗震性能研究

以钢管混凝土(CFST)斜交交点为原型,利用ANSYS建立三维实体模型,对其进行往复荷载作用下非线性分析。分析在不同加载阶段钢管、加强环、竖向连接板、核心混凝土等各部件的应力分布情况,研究斜交节点的水平力-位移滞回曲线及横向刚度的退化。选取钢管内的核心混凝土强度等级、钢管的宽厚比D/t、竖向连接板厚度和2个斜柱夹角等4个控制参数,研究其对斜交节点的抗震性能的影响。研究结果表明:不同加载阶段各个部件的最大应力出现位置不同;钢管内的混凝土在初始压力以及钢管套箍的作用下表现出较高的延性与强度;斜交节点的滞回曲线饱满,初始刚度较大,且加载过程中横向刚度退化较为平缓,表明钢管混凝土斜交节点的抗震性能良好;钢管的宽厚比D/t、斜柱夹角可直接影响斜交节点的极限荷载、滞回性能及刚度退化,而核心混凝土强度等级、竖向连接板厚度对斜交节点的极限荷载、滞回性能及刚度退化影响较小。     

加载方式对钢管混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究

钢管混凝土在铁路拱桥和桥墩中都有良好的应用前景.将实际工程中钢管混凝土结构的加载形式归纳成全断面加载、荷载仅施加于核心混凝土、荷载仅施加于钢管和钢管有初应力等4种.进行这4种不同加载方式(含初应力)对钢管混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究.试验结果表明,整个断面加载、荷载仅施加于核心混凝土和钢管有初应力这3种加载方式下试件的极限承载力相差不大,但套箍作用和刚度有一定的变化;对于荷载仅加于钢管的试件,其极限承载力与刚度均有较大幅度的降低,可不考虑钢管对混凝土的套箍作用.最后,在试验研究基础上讨论在这4种不同加载方式作用下试件的极限承载力计算方法.     

2段式预制拼装预应力混凝土桥墩的抗震性能

以某拟建轨道交通桥墩为原型,按照相似比1:3进行整体现浇桥墩RC和预应力预制拼装桥墩PCS的设计。采用拟静力试验方法,一方面研究原型桥墩的正常使用性能和抗震性能,另一方面重点研究按照等效抗震性能设计原则设计的预制拼装桥墩的正常使用性能和抗震性能。研究结果表明:PCS的开裂荷载是RC桥墩的1.5倍。预应力混凝土节段拼装桥墩在地震作用下,墩柱整体损伤较小,主要是墩底附近混凝土发生开裂和压碎。在相同最大偏移率6%下,PCS的残余位移只有整体现浇试件的44%,PCS试件的耗能能力只有RC试件的1/3。预应力筋的初始预应力保持在屈服强度的30%,可以使墩柱在侧向偏移率达到6%时预应力筋也不会断裂。节段拼装预应力桥墩PCS可以取得与普通钢筋混凝土结构一样的荷载位移骨架曲线,具有较小的残余变形和良好的自复位能力,但是耗能能力差。     

预制拼装铁路重力式桥墩的抗震性能研究

为适应中国铁路建设向高烈度震区快速发展的需要,解决传统预制拼装桥墩墩柱及承台连接位置薄弱等问题,提出一种灌浆波纹管连接的模块化预制拼装桥墩体系,通过设置承台与墩身塑性区域共同浇筑及墩底局部无黏结段增强桥墩的抗震性能。制作1个局部无黏结整体现浇铁路重力式桥墩模型和1个局部无黏结预制拼装铁路重力式桥墩模型开展拟静力试验,并结合有限元分析,进行预制拼装铁路重力式桥墩抗震性能研究。结果表明：局部无黏结预制拼装桥墩整体连接性能稳定,可通过墩底塑性区域破坏与墩身及节段间的摇摆实现共同消能,其破坏模式表现为墩底塑性区域的弯曲破坏,未发生破坏位置转移现象;局部无黏结预制拼装桥墩等效塑性区域高度比整体现浇桥墩降低,抗侧向水平承载力与耗能能力提升显著,位移延性能力良好,可适应更大加载位移,最终累积耗能增长64.3%;结构接缝位置连接稳定可靠,同等加载位移下等效刚度基本一致,抗震性能得到明显提高;预制节段划分对预制拼装铁路重力式桥墩抗震性能的影响不大。     

钢板-混凝土双连梁受力性能有限元分析

运用ABAQUS分别建立钢筋-混凝土双连梁与钢板-混凝土双连梁有限元模型,进行有限元非线性计算,对比分析2种不同模型的极限承载力、破坏性能及延性。研究结果表明:钢板-混凝土双连梁同钢筋混凝土双连梁的破坏形态一样,属于弯剪破坏,可在梁端形成较大的塑性转角,成为剪力墙结构良好的抗震耗能构件;钢板-混凝土双连梁在达到屈服荷载时仍有一定的位移变形,但位移变形的幅度不如钢筋混凝土双连梁大;钢板-混凝土双连梁的延性及耗能性能不如钢筋混凝土双连梁好,但钢板-混凝土双连梁的极限承载力与刚度大于钢筋混凝土双连梁。     

低周反复荷载作用下桁架组合梁非线性分析

采用ansys有限元软件,结合钢桁架-混凝土组合梁的受力特点和试验时的真实状况,建立桁架组合梁空间有限元模型,将计算结果与试验数据对比以证明此模型的适用性和合理性。计算结果表明有限元模拟与试验结果吻合较好,验证了有限元模型以及编制APDL命令流的正确性。应用编制的命令流得到另外一根不同桁架形式的桁架组合梁在水平低周反复荷载作用下的响应,考察该结构的抗震耗能性能。由滞回曲线分析可得,桁架组合梁在水平低周反复荷载作用下刚度和强度退化不明显,说明该结构具有较好的耗能能力,变形能力强,承载力较高,且其正向承载力比反向承载力高,可为实际工程抗震设计提供参考。     

不锈钢钢筋混凝土梁抗震性能试验研究

通过3根不锈钢钢筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁的拟静力试验,研究不锈钢钢筋混凝土梁的抗震性能。结果表明:试验梁在荷载作用下均经历了弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和强度退化阶段;与普通钢筋混凝土梁相比,不锈钢钢筋混凝土梁的屈服位移、极限位移和位移延性系数均有明显增大,延性性能得到改善,强度和刚度退化较为平缓,滞回曲线较为饱满,滞回环面积加大,其总耗能是普通钢筋混凝土梁的2.36～4.25倍,其能量耗散系数是普通钢筋混凝土梁的1.12～2.63倍,表现出良好的抗震性能。随着配箍率的增加,不锈钢钢筋混凝土梁试件的极限承载力、屈服强度、延性、耗能能力逐渐增大,刚度退化减缓。随着混凝土强度的提高,试验梁的承载能力、屈服强度、刚度和总耗能明显提高,但位移延性系数有所降低。     

基于OpenSees的RPC桥墩拟静力数值模拟与参数分析

为探讨RPC桥墩在拟静力荷载作用下的延性抗震性能,本文基于OpenSees计算平台,选取Concrete02本构关系和Steel02本构关系,结合非线性梁柱单元和零长度单元,建立考虑墩底纵筋滑移的滞回分析模型。3个常轴力作用下的RPC桥墩水平反复加载滞回试验结果与数值模拟的对比分析表明:基于适当的参数取值,应用OpenSees中既有材料本构关系和单元类型能够较好模拟RPC桥墩的骨架曲线和滞回曲线,并能反映构件在反复加载过程中强度和刚度的退化。在此基础上运用OpenSees分析轴压比、纵筋率和水平荷载加载方向等参数对RPC桥墩延性抗震性能的影响。     

加载方式对钢管活性粉末混凝土短柱抗压性能影响的研究

钢管活性粉末混凝土的超高强度能有效减小构件的截面尺寸,减轻结构自重,在高层建筑和桥梁建设中都有良好的应用前景。考虑实际工程中钢管活性粉末混凝土结构可能出现的其中2种加载方式——全截面加载及核心混凝土加载,进行不同加载方式对钢管活性粉末混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究。试验结果表明,2种加载方式下试件的应力发展过程不一样,但极限状态时钢管切向应力均接近钢材的屈服强度,纵向应力均接近0,试件的极限承载力相差不大,但套箍作用和刚度有一定的差异。讨论2种不同加载方式作用下试件的破坏机理、极限承载力公式及荷载变形情况。利用有限元软件ABAQUS建模分析并与试验结果进行对比。     

不同配筋率下铁路重力式桥墩抗震性能试验研究

为研究配筋率对铁路重力式桥墩抗震性能的影响,设计制作了5个桥墩模型,通过低周往复荷载试验研究桥墩的破坏状态,并从滞回曲线、骨架曲线、刚对退化、位移延性系数、耗能能力及钢筋与混凝土之间的黏结滑移等方面分析配筋率对桥墩抗震性能的影响.结果表明:配筋率对桥墩破坏阶段响应的影响较大;配筋率小于0.5％的桥墩,破坏时均为纵筋拉断...     

高铁桥梁装配式双柱空心墩承插深度研究

高铁桥梁桥墩刚度大,结构及构造有别于公路及市政桥梁,大量既有公路、市政承插式桥墩的研究成果是否适用于承插式铁路墩,需进行深入系统的研究。建立现浇和承插式双柱原型空心墩的非线性有限元模型,并结合既有试验结果验证了建模方法的正确性。通过模拟桥墩在拟静力往复作用下的力学行为,得到双柱空心墩的力-位移曲线,对比承插式桥墩与现浇桥墩滞回性能的差异,结合应变渗透效应及纵筋发展长度确定了承插深度的合理取值范围,并提出最小承插深度计算公式。结果表明：承插式桥墩与现浇墩的承载力差别很小,墩高5 m和10 m时,相差最大为2.8%;承插式桥墩和现浇墩的刚度退化规律基本一致,刚度随着侧向位移的增加而降低,位移较小时刚度退化较快,位移较大时刚度退化减慢;纵筋在塑性铰区及承台顶以下应变渗透区内屈服,在此区域以下400 mm范围应变则迅速减小,应变渗透区段为承插式墩身易损部位;根据本文提出的最小承插深度计算公式得到的高铁空心墩的最小承插深度设计值为0.5D(D为墩柱外径)。为保证承插式桥墩的安全性,应采取合理构造措施确保桥墩应变渗透区段抗震性能,推荐高烈度区桥墩的承插深度大于0.5D。     

钢筋混凝土墩柱抗剪性能的影响分析

地震中桥梁墩柱的剪切破坏是其主要破坏现象之一。通过有限元程序ANSYS分析了钢筋混凝土墩柱的抗剪性能及其影响因素。研究表明:混凝土强度、墩柱轴压比、配箍率及墩柱高度对墩柱抗剪性能均有很大影响;墩柱宜采用较高强度等级的混凝土,同时控制轴压比在适当范围;增大配箍率能提高箍筋屈服时墩柱的承载力和延性,但对其极限承载力和延性影响不大;墩柱越高越应控制好其刚度,过柔的墩柱易发生剪切破坏。     

不同轴压比下聚丙烯纤维增强混凝土墩抗震性能试验研究

为研究塑性铰区采用聚丙烯纤维混凝土(PP-ECC)桥墩的抗震性能,在不同轴压比(n=0.1、0.3)下对4个局部采用PP-ECC桥墩的试件进行低周反复荷载试验,分析桥墩试件的试验轴压比和PP-ECC区高度等设计参数对滞回特性、强度衰减、刚度退化、位移延性及滞回耗能等抗震性能的影响。结果表明:4个试件的破坏过程和破坏形态相似,最终破坏时纵向钢筋受压屈曲,PP-ECC保护层未剥落,核心PP-ECC保持良好;轴压比越大,强度衰减越快,刚度退化越严重,试件整体稳定性越差;PP-ECC桥墩的位移延性和极限位移转角随着轴压比的增加而降低,轴压比越小的试件变形能力越强;随着轴压比的增加,试件的耗能能力、承载能力和初始刚度都有一定的提高。     

某斜向交汇预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱节点研究

结合某大型铁路旅客站房高架候车厅楼盖结构,采用ADINA有限元软件及HyperMesh网格划分功能对楼盖结构复杂的斜向交汇预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱节点进行数值分析,分析结果表明:该节点具有很好的承载力和刚度,各受力单元间具有良好的协同工作性能,同时为缩尺模型试验提供必要的数据支撑。采用1∶4缩尺模型试验,对节点在低周往复荷载下的力学性能进行研究,试验结果表明:该节点的滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力,可实现"强节点强柱弱梁"的抗震设计要求。