罕遇地震下薄壁带肋箱型钢桥墩抗震性能试验

为研究薄壁带肋箱型截面钢桥墩在罕遇地震作用下的非线性抗震性能,通过MTS伺服加载系统进行了3根试件的拟动力试验。试验采用了日本阪神地震中不同场地类型下的地震动时程(JMA波、JRT波、PKB波),得到了不同工况下试件的位移时程曲线、荷载—位移滞回曲线和累积滞回耗能时程曲线。试验结果表明:对于文中所采用的薄壁带肋方型截面钢桥墩试件,罕遇地震作用下3个试件的塑性铰位置均出现在底部,且均未出现剪切破坏现象;3根试件所对应的地震波输入工况中,JMA波作用下试件的损伤程度和位移响应均为三者中最小,PKB波作用下试件的损伤程度和位移响应最大,JRT波作用下试件的累积滞回耗能最大;试件的最大位移响应与输入地震波的峰值加速度大小并非绝对相关,还与地震波的输入能量、反应谱的特征周期等其他特征有关。     

薄壁带肋方型截面钢桥墩抗震性能的拟静力试验研究

制作5根薄壁带肋方型截面钢桥墩试件,采用MTS伺服加载系统进行此类试件的拟静力试验,研究不同横向加劲肋间距和混凝土填充率对薄壁带肋方型截面钢桥墩抗震性能的影响.通过对试件破坏过程、荷载位移滞回曲线和骨架曲线等试验结果的分析得到:随着底部塑性铰区域横向加劲肋间距的减小,试验采用的钢桥墩试件的承载力和刚度有所提高;其它相同条件下,随着混凝土填充率的增加,管内混凝土对外围薄壁钢管发生局部屈曲的约束作用逐渐增大,桥墩的水平承载力、耗能能力、结构刚度、极限位移和位移延性系数等抗震性能指标也都随之提高.     

在连续梁桥中内填混凝土偏心圆形钢桥墩抗震性能

目的讨论桥墩顶部时程位移、桥墩底部反力-桥墩顶部位移滞回曲线、桥墩根部应力分布及变形状态等分析结果,考察上部结构偏心作用对桥墩地震响应的影响以及内填混凝土钢桥墩的抗震性能效果,探明内填混凝土圆形钢桥墩以及空钢管桥墩在整体结构中的抗震性能.方法采用有限元分析软件ABAQUS,建立三维空间有限元模型,在顺桥向、横桥向分别输入罕遇地震动,进行非线性动力时程分析.结果在顺桥向地震动激励时,上部结构偏心作用对连续梁桥桥墩的动力响应影响较小;在横桥向地震动激励时,随着上部结构偏心率的增加,桥墩最大响应位移也增加,偏心率对桥墩的地震响应影响较大;无论顺桥向和横桥向地震作用,空钢管桥墩均发生了屈服,桥墩根部出现应力集中现象,局部失稳变形过大,丧失承载能力;部分填充混凝土钢桥墩也进入了弹塑性阶段,内填混凝土抑制了钢管局部失稳变形发展.结论钢桥墩填充混凝土后提高了承载能力,减小了最大响应位移,有效地提高了桥梁的抗震能力.     

桥墩-桩基础在罕遇地震作用下的设计和稳定水平研究

提出罕遇地震作用下桥墩-桩基础破坏模式的判别方法,并根据需求进行桥墩-桩基础的抗震设计,引入桥墩-桩基础系统在罕遇地震作用下稳定水平的判定标准.用地基土非线性抗力模型对系统滞回特性进行研究,通过对桥墩-桩基础系统做静力非线性Pushover分析得到系统的力与位移双线性骨架曲线,表征系统的非线性特性.用有限元程序进行罕遇地震作用下Ⅲ,Ⅳ类场地不同墩高的桥墩-桩基础时程分析,研究不同墩高的桥墩-桩基础在罕遇地震作用下的稳定水平.对32 m简支梁桥的桥墩-桩基础稳定水平进行判定,论证该方法的可行性.     

全螺栓装配式钢框架抗震性能试验

为研究全螺栓装配式钢框架的抗震性能,对双层单跨的装配式钢框架试件进行了拟静力试验。以不同轴压比为变化因素,根据试件的破坏情况和一系列试验数据,讨论了在7度设防地震作用下钢框架的滞回耗能能力。结果表明,不同轴压比作用下的钢框架发生底部节点处的强度破坏,滞回曲线饱满,试件的承载能力、位移以及耗能能力均优于未施加轴向压力的试件。     

钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架拟动力试验

为了研究地震作用下半刚性钢管混凝土框架结构的动力性能与破坏机理,进行了两榀钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架的拟动力试验,以El Centro波作为拟动力试验的激励输入,获得不同地震加速度峰值下结构的动力响应和破坏模式.分析了在地震作用下组合框架的滞回曲线、动力放大系数、阻尼比、刚度退化规律和耗能能力等抗震性能指标,研究了结构在不同地震波阶段的位移时程曲线和加速度时程曲线等动力响应,比较了柱截面形式和端板类型对组合框架结构抗震性能的影响.试验结果表明,在柱截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接,方钢管混凝土框架的刚度大于圆钢管混凝土框架,但其延性系数小于圆钢管混凝土框架;该类型半刚性组合框架具有良好的抗震性能,连接可靠,可以在实际工程中推广和应用.     

方钢管约束混凝土桥墩拟静力试验

为研究不同约束形式及混凝土墩身与承台间的连接构造对桥墩试件的抗震性能和各项指标的影响规律，设计1根采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件（SYP-GT4试件）、1根方钢管约束的整体现浇混凝土桥墩试件（SYZ试件）和1根方形截面的整体现浇混凝土桥墩试件（SFZ试件）。在桥墩墩帽处采用位移加载方式完成构件的拟静力试验，观察试件的破坏过程以及破坏模式，分析了桥墩的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、延性、耗能等特征参数。结果表明，3根混凝土桥墩试件的破坏形态基本一致，二者均为整体压弯破坏模式。SYZ试件与SFZ试件相比，水平峰值荷载提高了46.5%，滞回耗能能力更优，均有很好的延性性能，表明方钢管约束的整体式桥墩抗震性能优于现浇混凝土桥墩；SYP-GT4试件与SYZ试件相比，水平峰值荷载数值相接近，位移延性系数提高了24.1%，残余位移小，变形恢复能力较优，滞回曲线呈现更饱满的梭形，无明显捏缩，连接构造对强度和刚度退化的影响较小，两者抗震性能接近。     

屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系抗震性能

基于利于结构安装和抗震修复以及屈曲约束支撑的特点,采用梁柱铰接钢框架承受竖向荷载、屈曲约束支撑抵抗水平荷载的结构体系,并推导了这种结构体系的楼层弹性和弹塑性抗侧刚度.采用双线性模型模拟屈曲约束支撑的滞回性能,采用时程分析方法分析了屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系的抗震性能、弹性及弹塑性地震反应特征.结果表明:多遇地震下,结构楼层位移反应基本呈线性关系,层间位移角分布比较均匀;罕遇地震下会出现薄弱层现象,但各层支撑都会屈服耗能.除底层以外,楼层剪力主要由支撑承担,而底层框架柱承担的楼层剪力比例会增大;框架梁和柱在各级地震下都处于弹性状态;屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系具有较好的抗震性能.     

超高层钢网格混凝土核心筒盒式结构动力弹塑性分析

为了研究超高层钢网格混凝土核心筒盒式结构在罕遇地震下的抗震性能,利用通用有限元软件ABAQUS建立了盒式结构的有限元模型。对钢网格的塑性变形和核心筒的损伤分布进行了研究,比较了结构弹塑性与弹性分析顶点时程位移和基底剪力。结果表明,新型盒式结构在罕遇地震作用下,钢网格梁产生了塑性变形,网格柱则基本保持弹性,大部分核心筒连梁损伤严重,底部核心筒也达到中等程度损伤。弹塑性顶点时程位移与弹性位移相比,峰值减小且出现了滞后的现象,弹塑性基底剪力也小于相应的弹性剪力。新型盒式结构的损伤和变形能满足大震不倒的性能要求。     

配箍率对PP-ECC实心墩抗震性能的影响

为研究箍筋含量对聚丙烯纤维水泥基复合材料(PP-ECC)实心墩抗震性能的影响,设计并制作了3个含箍率不同的PP-ECC实心墩,并用1个普通混凝土实心墩作为对比试件,对4个试件进行了低周往复荷载作用下的拟静力试验.获得了PP-ECC及普通混凝土实心墩的破坏过程和破坏特征,基于试件实测的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线等试验结果,探讨了箍筋含量对PP-ECC桥墩的承载能力、变形性能及耗能能力的影响规律,并与普通混凝土桥墩的抗震性能指标进行了对比分析.结果表明:与普通混凝土桥墩相比,墩底塑性铰采用PP-ECC可以改善桥墩的破坏形态和损伤程度,显著提高其位移延性和耗能能力,但对试件的承载能力影响较小;PP-ECC基体中的纤维在一定程度上具有箍筋的作用,在配箍率较低情况下,PP-ECC桥墩仍具有良好的抗震性能;塑性铰区配箍率越高,PP-ECC桥墩的滞回曲线越饱满,试件的位移延性系数和黏滞阻尼系数越大,抗震性能越好.     

钢管混凝土桥墩地震响应有限元分析

基于柔度法有限元分析了钢管混凝土桥墩的地震响应规律,探讨了轴压比、长细比、含钢率、混凝土强度等参数对地震力、墩顶位移、墩顶加速度等的影响.结果显示：①随着轴压比、钢管厚度和混凝土强度的增加墩底地震力增加,随着桥墩高度的增加地震力降低;②随着轴压比、桥墩高度的增加,墩顶地震位移增大,随着钢管厚度和混凝土强度的增加地震位移降低;③随着轴压比的增加,墩顶地震加速度减小,随着桥墩高度的增加,墩顶加速度先减小后略增加,随着钢管厚度和混凝土强度的增加,墩顶地震加速度增加.相关成果可为钢管混凝土桥墩抗震设计和施工提供借鉴和指导.     

钢筋混凝土桥墩地震破坏振动台试验研究

钢筋混凝土桥墩箍筋约束不足和剪跨比过小(短柱)造成的脆性剪切破坏在近几次地震桥梁震害中占有较大比重.为解决此问题设计制作了各3根圆形截面和方形截面桥墩试件,分别代表具有良好箍筋约束、配箍率不足和小剪跨比3种情况,并通过振动台试验研究了其抗震性能.对小震、中震和大震作用下桥墩试件的破坏形态、加速度和位移反应、位移延性系数和耗能等方面进行了比较分析,结果表明,小剪跨比桥墩在地震作用下反应位移延性系数较大,在抗震设计时应引起足够重视.     

单节段装配式桥墩抗震性能试验研究

与传统整体现浇桥墩相比,装配式桥墩具有工期短、环境影响小、施工质量高等优点.装配式钢筋混凝土桥墩的抗震性能是其设计时需要考虑的关键问题之一.试验设计了一组现浇式及两组装配式桥墩试件,采用拟静力试验方法从破坏形式、水平承载力、位移延性与累积耗能等方面研究其抗震性能.试验结果表明:与整体现浇式桥墩相比,装配式桥墩的水平承载力与前者接近,位移延性与累积耗能能力稍差,残余位移偏大;钢套筒连接装配式桥墩的位移延性与累积耗能能力优于金属波纹管连接装配式桥墩.     

外置耗能钢板预制拼装桥墩抗震性能研究

为推广预制拼装桥墩在中高烈度地震区的应用,在墩底外侧设置耗能钢板,并与整体现浇桥墩、内置耗能钢筋的预制拼装桥墩进行拟静力对比分析,从滞回曲线、骨架曲线、累积耗能及可恢复性等方面,研究了建议结构的合理性. 基于三线型骨架曲线模型提出了外置耗能钢板预制拼装桥墩骨架曲线计算方法,并与数值模拟结果进行对比,两者吻合程度较高. 将预应力度、预应力钢绞线布置位置、耗能钢板用量以及开槽率作为变量,通过PUSHOVER方法对外置耗能钢板预制拼装桥墩的抗震性能进行了分析. 结果表明,增大预应力度可提高承载力和刚度,同时延性有所降低. 预应力钢绞线布置在周围时,桥墩的承载力、刚度与耗能能力得到提高. 钢绞线布置在中心时,桥墩延性有所提高,屈服后变形能力较强. 增加耗能钢板用量可提高桥墩的承载力和刚度. 增加耗能钢板用量能够在一定程度上弥补开槽率的增大对结构的不利影响.     

重力式钢筋混凝土桥墩的弹塑性地震行为

采用简化的单墩模型,用Ｔａｋｅｄａ退化三线性模型研究了地震时重力式钢筋混凝土桥墩的弹塑性行为．定义了弯矩折减系数和墩顶位移放大系数,探讨了它们随墩高和地震烈度的变化规律．     

滑动支座摩擦效应对连续梁桥地震响应影响

以1座跨度为(55+4×90+55)m的预应力混凝土变截面连续梁桥为研究对象,采用ANSYS软件建立桥梁动力分析模型.选取3条人工地震波作为地震动输入,基于动力非线性分析方法,考虑摩擦效应,分析盆式橡胶支座连续梁桥非固定墩的地震响应和支座的滞回性能,并与未考虑摩擦效应的地震响应进行比较.结果表明:非固定墩处的盆式橡胶支座在地震作用下形成了规则、饱满的滞回曲线,形状近似为矩形;相对未考虑盆式橡胶支座摩擦效应的模型,考虑支座滑动后,固定墩墩底顺桥向弯矩、剪力分别降低了25.91%、27.41%,固定墩墩顶顺桥向位移和非固定墩墩梁相对位移分别降低了26.15%、25.59%;对于多跨长联连续梁桥,滑动支座数量多且反力大,若不考虑滑动支座的摩擦耗能,桥梁结构地震响应结果偏大,抗震设计偏于保守.     

大跨度斜拉桥耗能型辅助墩抗震性能试验研究

结构损伤控制概念是指通过容易替换的牺牲构件在地震中发生塑性变形耗散地震能量,同时主要构件保持弹性或发生轻微的损伤.针对大跨度斜拉桥的抗震性能主要依靠结构体系的特点,提出了通过牺牲辅助墩耗散地震能量,从而减轻主塔损伤的控制策略.为了研究辅助墩的抗震性能,对3个大比例的钢筋混凝土空心矩形截面模型进行拟静力试验.第一个试件是原设计的单柱墩,另外两个试件是双柱墩,墩柱之间通过耗能构件剪切型连杆或屈曲约束支撑连接.对反复荷载作用下试件的破坏形态、滞回曲线、位移延性和耗能能力、骨架曲线及刚度退化、耗能构件的变形能力等作了对比分析.结果表明,与单柱墩相比,耗能构件增加了双柱墩的刚度和强度,能够提高双柱墩的抗震性能.     

某钢管混凝土框架-核心筒结构振动台模型试验

某钢管混凝土框架-核心筒结构高264 m,抗侧力体系由钢管混凝土外框架、钢板混凝土组合剪力墙和伸臂桁架3个部分组成.为了解此类结构在地震作用下的受力性能和反应特点,对该结构进行了1/30缩尺模型模拟地震振动台试验.通过分析模型结构在8度多遇、基本、罕遇地震和9度罕遇地震作用下的动力特性,对模型结构和原型结构的破坏模式、层间位移、楼层剪力等动力反应进行研究.结合大型通用有限元分析软件ETABS和ANSYS的分析结果,对原型结构的抗震设计提出了改进建议.研究结果表明:原型结构能够满足我国现行规范“小震不坏、大震不倒”的抗震设防标准,即使在9度罕遇特大地震作用下,仍然表现出优良的抗震性能.