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。     

预制拼装桥墩在铁路桥梁中的应用北大核心

预制拼装桥梁施工技术有利于桥梁工程快速施工。为了研究预制拼装桥墩受力性能,在和若铁路开展了灌浆套筒连接、承插式连接和预应力连接三种连接形式的预制拼装桥墩现场实尺拟静力试验。通过冲击振动试验确定了试验墩动态特性参数,并与建模计算固有频率进行对比分析;通过拟静力试验,得到了试验墩混凝土开裂强度、钢筋屈服强度及荷载-位移曲线,分析了预制拼装桥墩受力性能和破坏形式。结果表明:灌浆套筒连接和承插式连接(有后浇填芯混凝土)的墩柱由于存在刚度突变,在交界面有较多裂缝;三种连接方式试验墩在6~9度地震工况下能满足受力要求。研究结果可为优化拼装式桥墩设计提供参考依据。     

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。     

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...     

UHPC后浇连接的预制墩柱抗震性能研究

随着中国城市化进程的加快,采用标准化的预制装配施工已成为一种趋势。而预制装配桥墩以其节能环保、质量可靠、劳动力要求低等优点在各类桥梁建造中已得到广泛应用。但预制拼装桥墩仍存在着一些问题,如构造措施复杂、施工精度要求高,导致施工效率降低、质量不易保证等。针对这些问题提出一种基于后浇UHPC的预制拼装墩柱的简易连接方式,并设置3种不同连接方式的墩柱,对其开展了拟静力试验,描述、对比分析了3种墩柱的破坏现象、滞回特性、耗能能力等。试验结果表明,UHPC连接墩柱比其他2种连接方式墩柱损伤程度低,峰值承载力比承插式连接墩柱高11%,比波纹管连接墩柱高27%,极限位移和累计耗能约为其他2个墩柱的1.5倍。     

薄壁拉筋矩形钢管混凝土墩柱抗震性能研究

相比圆钢管混凝土墩柱,矩形钢管混凝土墩柱的惯性矩大、稳定性强,但其对填充混凝土的约束较差。为探究端部拉筋和加载方向对矩形钢管混凝土墩柱抗震性能的影响,开展2根方形和2根矩形钢管混凝土墩柱的拟静力试验,分析比较端部拉筋以及加载方向对桥墩的刚度、承载力、耗能、刚度退化以及残余变形的影响规律。并采用ABAQUS有限元软件建立拉筋钢管混凝土桥墩精细三维实体-壳单元模型,有限元模型中混凝土单元引入裂缝,钢材引入韧性损伤以考虑更准确的拉筋钢管混凝土桥墩的抗震性能退化规律。研究结果表明：与传统钢管混凝土桥墩相比,端部拉筋约束钢管混凝土墩柱的屈服荷载、水平峰值荷载、累计耗能和弹性刚度分别提高49.3%、42.8%、24.1%和15.1%,抗震性能优于传统钢管混凝土桥墩。与弱轴加载相比,强轴加载时桥墩的屈服荷载、峰值荷载累积耗能和弹性刚度分别提高了45.1%、44.9%、51.7%和7.1%,表明强轴加载时更易发挥抗震性能。采用有限元软件建立的钢管混凝土桥墩精细三维实体-壳单元模型与试验结果吻合良好,反映了循环荷载下拉筋钢管混凝土桥墩的塑性大变形阶段承载力退化现象和滞回曲线“捏拢”效应。有限元模型计算的...     

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。     

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%.     

自复位桥墩的内禀侧移刚度和滞回机理研究

自复位桥墩由承重组件、自复位组件、耗能组件以及接头(如嵌合式接头)构成,具有良好的震后修复性和震后残余变形小的特点。对其承载力、侧移刚度以及滞回性能等力学特性进行理论分析,推导自复位桥墩的侧移刚度与承重组件墩身刚度、自复位组件刚度、耗能组件刚度、初始预拉力和桥墩几何尺寸的理论关系式;提出反映自复位桥墩内在固有属性的内禀侧移刚度概念及其计算式;自复位桥墩侧移刚度的上限为墩身刚度,下限为内禀侧移刚度。自复位桥墩的滞回曲线为扇片状,是耗能组件的耗能滞回性能与自复位组件的弹性复位性能叠加的结果。基于性能设计原则,并考虑合理控制震后残余变形,初步提出自复位桥墩的三步设计方法。     

活性粉末混凝土空心桥墩恢复力模型试验研究

通过5个大比例尺活性粉末混凝土空心桥墩试件的低周反复荷载试验,对试件的破坏形态、滞回特性进行研究。在对桥墩试件骨架曲线特点进行分析的基础上,考虑影响恢复力模型的主要因素,利用数值回归分析的方法,建立活性粉末混凝土空心桥墩的退化双线性恢复力模型。利用基于平截面假定的条带法程序对空心桥墩试件的骨架曲线进行数值模拟,并与试验结果进行比较,结果表明:数值模拟结果与试验结果吻合较好,研究成果可为活性粉末混凝土空心桥墩的抗震设计提供理论参考。     

新型钢筋网格加固铁路重力式桥墩拟静力试验研究

为探究钢筋网格加固铁路重力式桥墩的抗震性能,以铁路重力式圆端形桥墩为原型,采用1:8的比例尺制作2个配筋率为0.2%的桥墩模型,对其中一个模型的墩底薄弱区进行植筋加固,然后对2个模型进行拟静力试验,分析对比2个桥墩模型在加固前后的滞回曲线、骨架曲线和耗能能力等性能指标。试验结果表明,桥墩模型经过钢筋网格加固后,模型的强度、承载能力、耗能能力和延性有明显的提高,说明钢筋网格加固铁路重力式桥墩方案合理可行。     

山岭隧道预制拼装二次衬砌结构设计及计算方法研究

为探索地铁双线山岭隧道中采用预制拼装二次衬砌结构的技术可行性,首先,提出地铁双线山岭隧道结构设计方案,其中二次衬砌采用预制拼装及错缝拼装形式;然后,研究结构内力计算方法,推荐采用荷载-结构法,并采用梁-弹簧模型来模拟预制拼装二次衬砌结构内的接头力学行为,并推荐采用5环梁-弹簧整体分析模型。结构配筋分析结果显示,在3种围岩条件下,30cm厚度预制拼装二衬结构的配筋均在合理范围之内,可实现一套模具适应不同地层情况的效果。     

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。     

反复荷载作用下活性粉末混凝土空心桥墩

通过5个大比例尺活性粉末混凝土空心矩形桥墩试件在低周反复荷载作用下的受力性能试验,对试件的破坏形态、滞回特性、延性性能和耗能能力进行研究,分析纵向配筋率、配箍率等因素对试件受力性能的影响.结果表明,配置了横向箍筋的空心矩形桥墩试件的延性性能和耗能能力得到明显提高,具有良好的抗震性能.利用基于平截面假定的条带法编制了数值分析程序,分析试件弯矩与转角的关系,理论计算结果与试验结果吻合较好.     

通过预应力筋连接的节段预制拼装式铁路桥墩抗震性能研究

节段预制拼装式桥墩抗震性能与现浇墩有一定差异,以铁路常用桥墩结构为例,连接形式采用预应力筋,通过纤维模型对抗震性能和相关参数进行数值计算和分析。结果表明：（1）采用完全预应力筋连接的铁路拼装墩各项指标满足正常使用和多遇地震要求,可适用于非震区或低震区;（2）在罕遇地震作用下,采用预应力筋混合连接的铁路拼装墩抗裂能力有所提高,极限承载能力、变形与现浇墩相差不大,延性性能、耗能能力等满足“大震不倒”的抗震需求;（3）在一定条件下预应力筋配筋率、预应力度对抗震性能影响不大,初张力对预应力筋状态影响明显,需要合理确定初张力的上限。     

不均匀正应力下节段预制桥梁胶接缝的抗剪性能

节段预制拼装桥梁节段间接缝位置的正应力对抗剪性能具有重要影响,但现有研究大多假设正应力沿高度方向均匀分布,这与实际状态不符。本文对节段预制拼装桥梁接缝的受力与变形开展试验研究并进行有限元模拟,结果显示有限元计算所得极限承载力、荷载-相对滑移曲线、裂缝开展情况均与试验结果吻合良好。在控制总水平力大小相等的情况下,采用校验的有限元模型进一步研究不均匀正应力对节段预制桥梁胶接缝抗剪性能的影响。结果表明：在竖向荷载较小时,正应力较小的位置主拉应力较大并首先出现裂缝;随着荷载的增加,不同试件主拉应力的大小、分布形态逐渐趋于一致;裂缝出现以后,试件上的应力会发生重分布,因此在保持总水平力不变的情况下,不均匀正应力对试件的极限承载力影响不大。     

装配式圆形衬砌环结构变形特性试验研究

盾构隧道一般采用预制管片拼装的方式施做衬砌结构。荷载作用下衬砌结构的径向位移及管片间接缝内外侧的张合位移是衡量这类装配式结构变形状态的基本指标。通过圆形拼装衬砌环结构的极限承载试验,获得了衬砌环结构径向位移和接缝张合位移随荷载发展的曲线,分析给出了其关键性能点的荷载、整体变形、径向位移、直径变化率以及接缝张合位移。     

考虑梁柱节点黏结-滑移模型的 混凝土框架滞回性能研究

基于有限元软件OpenSEES中已有的梁柱宏观柔性节点单元和梁柱纵筋黏结滑移模型,对国内研究者已经完成的钢筋混凝土框架以及型钢混凝土框架水平低周往复荷载试验得到的滞回曲线、位移延性、滞回面积以及耗能能力等滞回性能进行有限元模拟分析,并与试验结果进行比对。根据有限元模拟结果建立基于OpenSEES软件的钢筋混凝土框架和型钢混凝土框架考虑梁柱宏观柔性节点的计算模型,为钢筋混凝土框架和型钢混凝土框架的设计计算提供一条有效途径。     

系梁对双肢薄壁高墩抗震性能影响分析

双肢薄壁桥墩是连续刚构桥采用较多的桥墩形式,超过40 m的高墩纵桥向抗弯刚度一般较小,故工程设计中一般采用设置系梁的形式来降低桥墩计算高度,改善高墩的受力特性。本文以一座典型的高墩大跨连续刚构桥双肢薄壁高墩为工程背景,利用ABAQUS建立精细化有限元模型,分析系梁纵筋配筋率、配箍率、系梁-桥墩的刚度比及系梁设置数量对高墩抗震性能的影响。研究结果表明:系梁设置数量和系梁-桥墩刚度比对高墩滞回性能影响较大,系梁配筋率、配箍率影响较小。