基于变形能力的钢筋混凝土桥墩约束箍筋用量评价

针对地震作用下钢筋混凝土桥墩的变形能力要求,研究桥墩潜在塑性铰区约束箍筋的用量问题。借助美国PEER柱抗震性能试验数据库,整理了35根弯剪破坏墩柱的拟静力试验数据,通过统计分析评价我国桥梁抗震设计原《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)和现行《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)中最低约束箍筋用量对保证桥墩变形能力的可靠性,并与美国、欧洲主要桥梁抗震设计规范进行对比,之后建立了具有85%保证率的弯剪破坏桥墩极限位移角计算公式。研究结果表明:以2%桥墩极限位移角为评价目标,现行《公路桥梁抗震设计细则》满足桥墩变形能力要求;而以3%桥墩极限位移角为评价目标,该规范配箍要求略偏于不安全,在高地震危险区桥墩抗震设计时应予以注意。     

钢筋混凝土桥墩塑性铰区约束箍筋用量研究

为了研究钢筋混凝土桥墩的延性配箍要求,总结了中、美、欧主要桥梁抗震设计规范对延性桥墩塑性铰区最低约束箍筋用量的规定,结合美国PEER柱抗震性能试验数据库、日本Kawashima实验室和部分中国的试验数据,整理了234根桥墩的拟静力试验数据;建立了桥墩极限位移角与位移延性系数、曲率延性系数的对应关系,讨论了中、美、欧主要桥梁抗震设计规范约束箍筋用量及构造措施对保证桥墩延性的可靠性;在此基础上分别以2%和3%极限位移角为延性目标,通过回归分析建立了具有85%保证率的桥墩塑性铰区约束箍筋用量计算公式;通过一个设计实例将建议公式与各国规范进行了对比。结果表明:该公式适用于剪跨比在3～10范围内的普通及高强混凝土桥墩,既可保证高轴压下桥墩延性抗震能力,又可保证低轴压下配箍要求不过于保守。     

基于可靠度的桥墩抗剪承载力影响因素敏感性及经济性分析

历次震害资料表明,钢筋混凝土桥墩剪切破坏十分常见.依据现行桥梁设计规范,考虑计算模式不确定性、材料不确定性及几何参数不确定性,采用可靠度方法进行敏感性分析,得到影响钢筋混凝土桥墩抗剪承载力的敏感因素,并分析给出提高桥墩抗剪可靠度的经济适用方法.结果表明:随着地震作用效应与恒荷载作用效应比(PE)的增大,三种不确定性模式下桥墩的可靠度均逐渐降低;在桥墩抗剪承载力影响因素中,混凝土强度、箍筋强度和箍筋间距对可靠度影响最为显著;采用加密箍筋间距和提高箍筋强度的方法提高桥墩可靠度的工程经济价值最佳.     

钢筋混凝土桥墩破坏模式识别方法

鉴于破坏模式对钢筋混凝土桥墩抗震加固和基于性能的抗震设计中性能目标量化的重要性,根据钢筋混凝土桥墩的破坏特点和破坏模式,统计分析各国钢筋混凝土桥墩抗震试验资料。基于钢筋混凝土桥墩抗剪需求和能力的关系,对混凝土强度f′c、纵筋配筋率ρl、体积配箍率ρv、规则化的纵筋配筋率、规则化的体积配箍率、轴压比、剪跨比a/h0和规则化的箍筋间距进行双参数相关分析和偏相关分析,确定各因素与桥墩塑性铰区抗剪需求与能力比值Vp/Vn的相关程度。研究结果表明:以ρl≤2.173%、a/h0≥3.880、Vp/Vn=0.7作为钢筋混凝土桥墩弯曲破坏模式的判别条件,以Vp/Vn>1.0且a/h0≤1.865作为剪切破坏模式的判别条件,以1.865≤a/h0≤3.880作为弯剪破坏模式的判别条件是合理的。     

美国桥梁抗震规范中各桥墩抗剪强度计算公式的差异

介绍了钢筋混凝土桥墩在强震动作用下的剪切机理。在评述美国ATC-32、Caltrans规范及Priestley等人建议的桥墩抗剪强度计算公式的基础上,从公式组成的角度分析了采用这3种计算公式进行桥墩抗剪强度计算时得出的结果存在差异的原因。通过12个钢筋混凝土桥墩模型试验与分析,得出结论:ATC-32和Caltrans规范的抗剪强度计算公式相对保守,但对低延性墩的评价却偏不安全;Priestley等人建议的公式与试验吻合较好。     

弯扭耦合效应下混凝土桥墩的抗震性能

为了研究地震作用下压弯剪扭耦合作用对桥梁中墩梁固结墩的影响规律,进行了7根压弯剪扭耦合作用下钢筋混凝土桥墩的拟静力试验,确定了桥墩的不同破坏模式,给出了桥墩的剪力-位移和扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,分析确定了扭弯比、长细比、纵筋配筋率和箍筋配筋率等参量对桥墩弯扭耦合抗震性能的影响。基于理论分析和拟静力试验,给出了四线式剪力-位移骨架曲线和三线式扭矩-扭转角骨架曲线的理论模型。研究结果表明:理论骨架曲线和试验曲线吻合较好;理论模型揭示了钢筋混凝土桥墩弯曲和扭转的关键影响因素及耦合效应,其中剪力-位移理论骨架曲线主要取决于桥墩破坏截面的弯矩-曲率关系,扭转承载力主要来自于混凝土和箍筋2个部分,墩顶扭转角可以根据混凝土桥墩的弹性扭转角和扭转塑性铰的扭转角叠加计算;弯扭耦合效应会造成混凝土桥墩抗震性能发生明显的变化,较大的扭转效应会使桥墩在达到最大抗弯性能前发生破坏,而弯曲效应会大幅降低桥墩的抗扭承载力;随着长细比的减小,最大剪力增加,极限位移减小,最大扭距基本不变;纵筋率主要影响混凝土桥墩的抗弯承载力,对抗扭性能影响不明显,箍筋率主要影响桥墩的抗扭性能;工程中应采用考虑弯扭耦合的方法进行抗震设计。     

足尺及实桥圆形钢筋混凝土桥墩抗震性能数值模型与验证

为建立较可靠的钢筋混凝土桥墩数值分析模型进行抗震性能评估,提出基于OpenSees集中塑性单元和材料本构的纤维截面等效塑性铰模型,对5个足尺及实桥圆形钢筋混凝土桥墩的拟静力或振动台试验结果进行数值模拟,并就关键效应及参数对模拟结果的影响进行分析.结果表明:纤维截面等效塑性铰模型与桥梁抗震规范的集中塑性模型概念一致,具有...     

空心板桥新型粗骨料UHPC铰缝抗剪性能试验

为研究空心板桥新型粗骨料超高性能混凝土(UHPC)铰缝的抗剪性能,对14个铰缝试件进行了静力抗剪试验,试验参数包括铰缝混凝土材料类型、界面处理方式、抗剪钢筋构造形式、抗剪钢筋强度等级和配筋率。分析了试件的裂缝发展过程和分布规律、破坏模式以及各试验参数对铰缝抗剪性能的影响;同时,基于铰缝典型的荷载-位移曲线分析了铰缝的抗剪机理。试验结果表明：铰缝的裂缝宽度从下至上呈现逐渐减小的规律,由于传统配筋方式上部抗剪钢筋的位置靠近顶部,导致上部抗剪钢筋在铰缝抗剪承载力极限状态时尚未屈服,对抗剪承载力的贡献小。试件破坏模式分为2种：传统铰缝的界面剪切破坏;UHPC铰缝的预制混凝土块剪切破坏。UHPC材料、界面预留槽处理方式、抗剪钢筋新配筋方式以及提高抗剪钢筋的强度等级和配筋率,均能不同程度地提升铰缝的抗剪性能。与传统铰缝相比,新型粗骨料UHPC铰缝的开裂荷载、抗剪承载力和名义抗剪刚度提升幅度分别可达42.8%、185%和218.3%。当达到抗剪承载力极限状态时,UHPC铰缝主要依靠抗剪钢筋屈服提供的剪切摩擦抗力以及预制混凝土块剪断提供的剪切抗力来抵抗外荷载。提出了UHPC铰缝开裂荷载及抗剪承载力计算公式。计算结果表明：开裂荷载、抗剪承载力试验值与计算值比值的均值分别为1.47、1.19,变异系数分别为0.05、0.12,所提出的计算公式可以较精确和稳定地预测UHPC铰缝的开裂荷载及抗剪承载力。     

设置延性系梁的桥梁双柱墩抗震能力研究

为研究设置延性系梁对减少桥梁双柱墩横桥向地震损伤的效果,基于OpenSees数值分析平台,建立了无系梁和设置延性系梁的双柱墩抗震数值分析模型,通过拟静力和增量动力分析手段对2种双柱墩在地震作用下的反应进行研究,讨论了延性系梁设置对双柱墩地震反应的影响。结果表明:延性系梁提高了桥梁双柱墩横桥向的强度和刚度,地震作用下,系梁先于桥墩发生屈服,形成塑性铰并耗散地震能量,延缓了桥墩的损伤破坏过程,并减少了桥墩的曲率延性系数和墩顶的最大位移角。     

单柱墩拟静力试验仿真计算案例

在地震荷载作用下,钢筋混凝土桥墩是最易破坏的桥梁构件,如何较可靠地模拟钢筋混凝土桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁结构抗震研究的重要内容。以呈弯曲破坏形态的钢筋混凝土桥墩的拟静力试验结果为依据,基于OpenSees中的Beamwith Hinges Element单元,分别建立了圆形墩和矩形墩的滞回分析纤维单元模型。由计算结果与试验结果对比可知,所建立的纤维单元模型对桥墩的骨架曲线及滞回曲线都有良好的模拟效果,且能体现桥墩在反复加载过程中刚度、强度退化现象。     

新旧混凝土梁横向拼接的收缩徐变效应

为分析混凝土收缩徐变对新旧桥梁拼接的影响,在不考虑梁自重的情况下,采用弹性力学求解法分析了新旧梁横向拼接后新梁的收缩徐变效应,推导了拼接后新梁上的纵向拉应力及拼接处的剪力计算公式。以钢筋混凝土简支T型梁桥的拼接为例,比较了新梁在不同混凝土龄期时与旧梁拼接所产生的纵向拉应力和剪应力,同时还对比了不同环境年平均相对湿度对新梁上纵向拉应力和剪应力的影响。计算结果表明:拼接时新梁混凝土龄期和不同环境年平均相对湿度对拼接结构的受力影响较大,新旧梁拼接设计时须采取相应措施以减少混凝土收缩。     

钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度研究

为研究钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度,整理了154根钢筋混凝土墩柱试验数据,研究了墩柱等效塑性铰长度随侧向位移的变化规律,通过试验对各国主要塑性铰长度计算公式进行了对比,讨论了影响墩柱等效塑性铰长度的主要因素,通过回归分析建议了等效塑性铰长度计算公式并进行了验证。结果表明:钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度随位移延性系数变化而变化,但未呈现一致变化规律;与试验结果相比,各公式计算的墩柱等效塑性铰长度离散性均较大,Priestley建议公式在平均意义上与试验结果最为接近,Paulay公式、Panagiotakos公式和欧洲Eurocode 8规范公式偏于不安全,中国《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01—2008)建议公式偏于保守,日本JRA规范建议公式最为保守;钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度主要与试件高度、截面宽度和纵筋直径有关,与纵筋屈服强度、试件轴压比、配箍等因素关系不大;建议的钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度计算公式在平均意义上与试验结果基本一致,适用于剪跨比在2.0~8.0之间且混凝土抗压强度在20~110 MPa之间的普通及高强钢筋混凝土墩柱。     

桥墩形式对连续刚构桥动力特性的影响

以西禹高速公路杏沟连续刚构桥为研究对象,采用ANSYS有限元程序,并考虑边跨支座处的弹性约束作用,建立了该连续刚构桥动力计算的整体空间有限元计算模型,探讨了连续刚构桥采用钢筋混凝土四柱式桥墩、双薄壁空心墩、单薄壁空心墩及独柱实心墩时的动力性能。计算结果表明:4类桥梁自振频率依次增大,四柱式桥墩和双薄壁空心墩的桥梁振动以桥墩弯曲为主,单薄壁空心墩和独柱实心墩的桥梁振动以桥面弯曲为主;在不同地震波作用下,由于地震波的卓越周期以及结构自振特性等不尽相同,4类结构的动力反应也不尽相同。     

集束式长短剪力钉抗剪承载力计算方法

为给新型预制拼装钢-混组合梁桥设计施工提供参考,针对该类桥采用集束式长短剪力钉的布置特点,考虑剪力钉不同直径、长度、强度和混凝土强度等因素,开展集束式长短剪力钉的抗剪性能、极限承载能力有限元分析和试验研究。采用推出试验的方法,设计制作18个剪力钉推出试件,考察剪力钉长度和直径对集束式长短剪力钉抗剪极限承载力的影响,提出集束式长短剪力钉的群钉荷载-滑移曲线公式。同时,考虑混凝土、剪力钉、钢梁和钢筋的材料非线性,采用ANSYS软件建立推出试验的有限元模型,分析混凝土强度、剪力钉强度、剪力钉相对位置、混凝土板厚等参数对集束式长短剪力钉抗剪力学性能的影响规律,提出集束式长短剪力钉的单钉极限抗剪承载力计算公式。研究结果表明：短剪力钉的直径和抗拉强度、混凝土强度对集束式长短剪力钉的抗剪承载力和刚度有明显影响;而短剪力钉的长度、长短剪力钉的相对布置位置和混凝土板厚对集束式长短剪力钉的抗剪承载力和刚度影响较小;提出的计算公式计算值与试验值吻合较好。     

服役钢筋砼桥梁承载能力衰减研究

通过工程实际和研究，在已有资料的基础上，提出了砼内钢筋锈蚀的影响因素及钢筋截面积与强度的时变模型，并利用混凝土碳化深度预测模型和抗压强度时变模型，建立了服役钢筋砼桥梁承载能力衰减模型。研究的理论基本上解决了服役桥梁承载力评定和预测等问题，为旧桥的可靠性鉴定评级奠定了基础，同时也为旧桥的剩余寿命预测提供了依据。     

既有钢筋混凝土桥梁斜截面强度的评定方法研究

通过对既有钢筋混凝土桥梁的损伤形式的综合调查分析，结合作者开展的既有损伤桥梁的抗剪强度的静力和疲劳试验研究，提出了既有钢筋混凝上桥梁斜截面强度的评定方法。     

武汉二七长江大桥6×90m钢-混组合连续梁设计

为满足武汉二七长江大桥非通航孔深水区行洪、景观等要求,采用结构简单、受力合理及施工便捷的设计思路对非通航孔深水区桥梁进行设计。该深水区桥梁采用6×90m钢-混组合连续梁结构,主梁由下层的钢槽梁和上层的预制混凝土桥面板通过剪力钉连接而成。综合考虑施工环境及多种方法的优缺点,并通过计算确定采用升降主墩及临时墩支承高度的方法降低支点负弯矩区混凝土桥面板拉应力;预制桥面板按带裂缝工作的钢筋混凝土构件设计,横向为整体;从便于施工的角度细化了钢槽梁的构造;桥面板与钢槽梁间采用纵向结合方式,剪力钉数量根据受力变化范围分段布置。     

夜郎湖特大桥方案设计

结合工程实例,考虑桥梁结构适用、经济、安全、美观、环保等要求,对夜郎湖特大桥采用钢筋混凝土箱形拱桥、预应力混凝土连续刚构桥、钢管混凝土拱桥等桥型方案进行分析比选,得出钢筋混凝土箱形拱桥为最优方案。