螺栓连接预制拼装CFST桥墩抗震性能试验

为发展适用于强震区的绿色、高效预制装配桥梁结构,提出2种基于螺栓连接的节段预制拼装钢管混凝土(CFST)桥墩。开展有轴向预应力和无预应力的预制节段拼装CFST桥墩侧向往复拟静力加载试验研究,简要描述了预制节段拼装桥墩在水平往复荷载作用下的结构变形和损伤过程,分析其恢复力-位移滞回性能、卸载刚度、预应力损失、节段间接缝张口等非线性力学行为。研究结果表明:基于螺栓连接的预制节段拼装CFST桥墩具有良好的水平承载能力和耗能能力,滞回曲线饱满,延性性能较好;桥墩轴向预应力可提高桥墩的自复位能力,合理设计连接钢管尺寸能够实现节段间接缝开口均匀分布,相对于传统拼装桥墩只有底部开口情况,该设计更能充分利用各节段强度;随水平加载位移增加,轴向预应力筋张拉力基本呈线性增加,在最大水平加载偏移率为7.7%时,桥墩仍具有良好的水平承载能力,水平力撤销后预应力筋张拉力损失约为加载前的20%。研究结果可为开展基于预制拼装钢管混凝土桥墩的结构设计和工程实践提供参考,对推动中国快速桥梁建造技术具有积极意义。     

配置高强钢筋与普通钢筋的预制桥墩滞回性能试验

预制拼装桥墩的抗震性能是桥梁工业化技术的研究热点之一。在预制拼装桥墩的设计中,采用高强钢筋替代普通强度的钢筋,可以减少钢筋用量,加快接缝面的钢筋连接速度,然而,其抗震性能需要进一步研究。为对比钢筋强度对预制拼装墩柱的抗震性能影响,制作了2个具有相同尺度的混凝土试件,分别配置高强钢筋（HRB600E）和普通强度钢筋（HRB400）,开展滞回加载试验研究。结果表明：采用高强钢筋的预制拼装桥墩,具有较大的等效屈服强度和极限强度,且在塑性阶段,其极限位移和屈服后位移角增量也显著增加,同时,其较小的滞回耗能和残余位移,表明这种桥墩具有较小的塑性损伤和较好的自恢复性能;采用高强钢筋的预制拼装桥墩的刚度退化速度较为缓慢,残余刚度大,有利于震后应急通行和修复。最后,本文还对高强钢筋与普通强度混凝土在预制拼装桥墩中的联合使用进行了合理性论证。研究成果可为预制拼装桥墩抗震设计提供参考。     

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。     

后张预应力节段拼装CFST桥墩抗侧力学行为试验

为发展绿色、高效及可恢复功能的新型预制装配式桥梁结构体系,提出将钢管混凝土(CFST)应用于后张预应力节段预制拼装桥墩的结构形式。介绍了后张预应力节段拼装CFST桥墩关键构造、受力状态及力学行为特征,建立其关键部件设计方法。设计并加工制作了试验模型试件,开展了轴心后张预应力节段拼装CFST桥墩侧向往复加载拟静力试验,揭示了其水平往复加载过程中的滞回行为、骨架曲线、预应力损失、耗能能力、节段间接缝张口、节段间接缝滑移及塑性铰发展等非线性力学行为。研究结果表明:该后张预应力节段拼装CFST桥墩具有较高的抗侧能力和良好的自复位性能,侧向承载能力失效时残余偏移率为0.2%;水平往复位移将会造成较大的预应力损失,失效时即水平最大位移偏移率5.8%时,预应力损失约15%;节段预制拼装CFST墩柱出现双塑性铰效应,底部接缝开口较大,其上相邻接缝处开口量显著减小;试验后接缝处没有出现显著水平移位或错动现象,预制节段墩身没有出现明显外观损伤,底部接缝处应力集中区域钢管内少量混凝土破碎,导致钢管局部屈服;无附加耗能装置的后张预应力节段拼装桥墩耗能能力较差,建议在接缝开口处附设耗能装置。研究成果可为自复位预制拼装CFST桥墩设计和性能优化提供重要参考。     

预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析方法及试验验证

为了给预制拼装桥墩抗震设计计算提供参考,针对典型预制拼装桥墩所采用的仅无黏结预应力或无黏结预应力+耗能钢筋连接方式,考虑混凝土、耗能钢筋和预应力筋的非线性本构模型,推导了预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析计算过程。基于关键截面弯矩-曲率分析确定弯矩承载力和对应的墩顶水平荷载,然后计算各个接缝的弯矩和曲率,进而计算墩顶位移。开展了2种接缝连接方式预制节段拼装桥墩试件拟静力试验,将多节点转动推覆分析方法模拟结果与拟静力试验结果进行对比,分析预制拼装桥墩水平抗力-侧移曲线以及接缝张开、预应力筋应力、墩柱转角随侧移的变化,各种位移机理对墩顶位移的贡献,接缝处混凝土应变等。研究结果表明:多节点转动模型与单节点转动模型水平承载力计算结果基本一致,而多节点转动模型桥墩侧移计算结果大于单节点模型计算结果,多节点模型计算精度更高;多节点转动模型接缝张开、预应力筋应力和接缝转动计算结果与试验结果基本一致;开始时墩顶位移主要由剪切位移和整体弯曲位移提供,随着墩顶位移的增大,墩底接缝转动对墩顶位移的贡献逐渐占主导地位;墩柱混凝土轴向应变测试结果验证了各个接缝处混凝土应变随着墩高逐渐降低的趋势,接缝处的混凝土轴向应变远大于墩柱混凝土轴向应变。     

以位移为基础的钢筋混凝土桥梁墩柱抗震设计方法研究

对钢筋混凝土桥梁墩柱基于位移抗震设计方法进行了系统的研究,应用UC-Fyber截面分析软件对大量方形和圆形截面进行弯矩一曲率分析,给出了墩柱目标位移的实用计算方法.根据我国2008年版抗震新规范的加速度反应谱得到不同阻尼比时的弹性位移反应谱、不同延性系数时的非弹性位移反应谱及非弹性需求谱,给出了结合我国规范的位移需求3种简化计算方法.进行了3种位移需求简化方法的实例计算,对设计算例用非线性时程分析验证了设计结果.结果表明,桥梁墩柱的目标位移与混凝土强度等级、纵筋配筋率、墩高及截面形式等因素都是有关的;基于等效线性化方法和基于非弹性位移反应谱方法以设计反应谱为基础进行计算,既保证了目标位移的实现,也考虑了结构的安全需求;基于能力谱方法以图形显示设计具有简单直观的特征,但是pushover分析得到的结构能力谱曲线与实际情况仍然存在一定的差别.     

预制节段拼装桥墩的地震损伤指标研究

为了获得预制节段拼装桥墩的地震损伤合理评价指标,对地震作用下无粘结预应力预制拼装桥墩的损伤演变过程与损伤状态进行综合分析。从受压混凝土应变、受拉钢筋应变和预应力度等角度确定预制节段拼装桥墩各损伤状态界限的力学特征。基于OpenSees纤维模型拟静力分析以及与试验结果的对比,获得预制节段拼装桥墩的损伤指标计算公式。研究结果表明,基于纤维单元模型的拟静力分析能够较好地模拟预制拼装桥墩的地震损伤;不同桥墩对应各损伤状态的损伤指标限值有一定差别;提出的预制节段拼装桥墩损伤指标计算方法较好地适用于其地震损伤状态分析与评估。研究结论可为预制节段拼装桥墩的地震易损性研究及抗震设计提供参考。     

灌浆波纹管装配式桥墩双向拟静力试验

为了解决桥墩与承台的装配式连接问题,提出金属波纹管和超高性能灌浆料的预制拼装桥墩方案。首先考虑施工方式和加载方向参数的影响,以某地铁高架桥为工程原型设计4个试件,然后采用水平单向和双向拟静力试验方法,对比分析金属波纹管节段拼装桥墩和整体现浇桥墩抗震性能的差异,最后探讨双向压弯作用下的极限承载能力验算方法。试验结果表明：灌浆波纹管试件塑性铰区纵筋出现拉断而不是纵筋拔出,说明灌浆波纹管的钢筋连接方式可靠;灌浆波纹管连接节段拼装桥墩损伤过程、破坏模式与整体现浇桥墩总体上接近,主要抗震性能指标的差异较小,认为抗震性能与整体现浇试件的抗震性能接近,表明灌浆波纹管连接是一种可行的装配式桥墩与承台的连接方式;相对于单向加载试件,双向加载的钢筋混凝土试件RC,最大水平力下降11%,极限位移下降18%,双向加载的预制拼装试件最大水平力降低11%,极限水平位移降低15%,残余位移增大了20%,试件损伤程度更为严重,说明在水平双向荷载受力下,整体现浇试件和节段拼装试件有着明显的双向荷载耦合效应;双向压弯作用下截面的弯矩计算方法能够较准确地校核节段拼装墩的极限承载能力。研究成果可为节段拼装桥墩的抗震设计和抗震分析提供参考。     

预制拼装联接件形式对桥墩抗震性能的影响

为研究采用灌浆套筒和灌浆金属波纹管2种联接件形式预制拼装混凝土立柱的抗震性能,初步验证上海市新建嘉闵北城市高架桥梁工程预制拼装桥墩的设计合理性,以2根采用不同联接件形式的预制立柱试件为研究对象,1根现浇试件作为对比,进行拟静力试验研究。3根试件的剪跨比相同,缩尺比均为1∶3。试验中水平向荷载采用单轴低周往复加载,荷载以位移控制的形式分级施加。每个荷载等级包括3个循环,各试件在相同的恒定轴向压力作用下水平循环加载直至破坏。通过定性试验观察和定量数据分析,比较了2类拼接构造下预制混凝土桥墩的破坏形态、损伤部位,并从滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性、耗能、残余变形等方面描述了试件的抗震性能。结果表明:联接构造设置于承台内的灌浆套筒联接和灌浆金属波纹管联接的预制拼装桥墩在破坏时损伤均集中在立柱与承台接缝处;波纹管联接构造的位移延性较好,等效阻尼比略高,套筒联接构造的残余变形较小,等效刚度较大;2种新型预制拼装桥墩的各项性能参数与现浇试件大体相近,均可满足中高强度地震区域的抗震要求。     

内置SMA杆节段拼装桥墩抗震性能分析

为研究超弹性材料SMA在预制节段拼装桥墩中的应用和抗震性能,基于SMA材料循环拉伸试验和预制节段拼装自复位桥墩试验,运用OpenSees有限元软件建立内置SMA杆预制节段拼装自复位(Shape memory alloy self-Centering,SMA-SC)桥墩数值模型,通过拟静力分析,对比RC柱和含耗能钢筋自复位(Energydissipation bars self-Centering, ED-SC)桥墩的骨架曲线、残余位移曲线、耗能曲线,揭示内置SMA杆自复位桥墩具有较小的残余位移和良好的耗能能力。     

以位移为基础的钢筋混凝土连续梁桥抗震设计方法

利用等效线性化方法将钢筋混凝土(RC)连续梁桥结构简化为多自由度线弹性体系,采用振型反应谱的概念研究了结构在横向地震作用下考虑多阶模态效应的直接基于位移的抗震设计方法。探讨了连续梁桥的上部结构(主梁)及桥墩(台)刚度的变化对结构横向振动模态质量与模态周期的影响,给出了多阶模态设计方法的具体设计过程。对对称与非对称连续梁桥采用相同的设计步骤进行基于位移的抗震设计,并对设计算例用非线性时程分析验证了设计结果的合理性。     

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...     

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。     

桥梁隔震设计中几种等效线性化方法比较研究

对LRB桥梁设计领域中流行的几种等效线性化方法进行了研究。对各个方法的等效刚度与等效阻尼比的计算进行了比较,确定了其参数敏感性,并对导致其不同的原因进行了初步分析,并分别比较了传统的经典阻尼理论与最新的模态应变能理论求解隔震系统阻尼比的计算方法。针对系统阻尼对桥梁设计反应谱的影响,列举了包括直接位移法在内的几个影响系数计算公式,分析了其中的异同。以一座实桥为例,通过与非线性时程分析比较,对各个等效线性化方法进行了评价。所有的方法大部分情况下均高估了结构的位移响应,即均低估了结构的阻尼。不同方法对结构力与力矩响应的评估水平不同,但是对隔震设计均能起到较好的指导意义。     

高性能钢管混凝土组合桁梁桥

提出一种新型桥梁结构形式——高性能钢管混凝土组合桁梁桥。从结构性能方面阐述该组合桁梁桥高效传力机制、高性能结构构件及节点力学性能,从预制件划分、存放、运输、拼接方面阐述组合桁梁桥高效装配施工性能,从防灾性能方面对组合桁梁桥与混凝土梁桥进行抗震性能有限元对比分析,从耐久性能、可维护性能及环保性能方面论述组合桁梁桥良好的服役性能。结果表明：高性能钢管混凝土组合桁梁桥各杆件受力明确,杆件材料利用率高,结构刚度大,当结构跨径达到80 m时,用钢量指标仍在400 kg·m^-2以下;PBL加劲型等宽钢管混凝土节点可有效改善节点传力性能、静力破坏模式及抗疲劳性能;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件可改善钢混界面传力及钢管局部屈曲性能,有效提高构件承载力;组合桁梁桥主桁单元、桥面板单元、桥墩单元可在工厂标准化生产,预制构件单元质量可控,现场装配速度快,施工周期短;与混凝土箱梁桥相比,组合桁梁桥结构体系地震响应内力下降显著,反应谱分析中纵桥向墩底弯矩与剪力下降达94.0%、81.2%,时程分析中纵桥向墩底弯矩下降达91.6%;采用可更换桥面板构件、桥墩系梁构件使组合桁梁桥全寿命周期性能优异。可见,矩形钢管混凝土组合桁梁桥是一种装配式高性能桥梁结构体系,可为中国中等跨径公路装配化桥梁设计提供参考。     

基于桥梁系数的非线性静力分析方法评估

以桥梁系数作为参照标准,分别采用真实地震波反应谱和设计反应谱作为地震需求,对比分析了4种非线性静力方法(承载力反应谱法、N2法、改进的模态Pushover分析法和自适应承载力反应谱法)对钢筋混凝土连续桥梁结构的计算准确性。研究表明:随着地震强度的增大,4种非线性静力分析方法得到的计算结果逐渐接近于非线性动力分析的计算结果;对于采用真实地震波的情况,N2法给出了最接近动力分析的结果,而对于采用设计反应谱的情况,4种非线性静力分析方法得到的结果之间差别非常小。     

基于位移的整体桥混凝土桩基抗震设计准则

实际工程中的整体桥常采用柔性桩基础吸纳温度或地震作用下产生的水平往复变形.为研究整体桥桩基的抗震性能和变形能力等,开展多种类型桩基的拟静力试验研究,分析比较不同类型桩基的破坏模式、水平变形与承栽能力、应变与弯矩分布规律等.研究结果表明:钢筋混凝土 RC桩和PHC管桩的破坏位置随配筋率和预应力度的增加而加深,桩-土相互作...     

外置耗能器对自复位预制RC桥墩抗震性能的影响研究

以中国已建成的首座震后自复位桥梁-京台高速(北京段)黄徐路跨线桥为背景,结合自复位结构和装配式结构的特点,发展自复位预制RC桥墩新型结构.设计并制作对桥墩抗侧强度贡献率分别为0,20％ 及40％ 的3组外置耗能部件,并对3组自复位桥墩进行水平拟静力往复试验研究.通过桥墩变形和损伤演化过程、力-位移滞回曲线、骨架曲线、试...