落石撞击双柱式桥墩破坏模式及抗撞性能分析

基于非线性接触有限元数值模拟技术建立高精度落石-桥梁碰撞模型,对不同参数下桥墩的动态响应和破坏模式进行参数分析,主要研究的参数包括:桥墩上部质量、桥墩箍筋间距、落石质量与速度以及撞击位置.分析了我国规范给出的建议桥墩抗撞能力计算方法,并与实际抗撞能力对比.研究发现:落石高速撞击下桥墩的破坏形式以弯曲破坏为主,但是上部结构质量和落石速度的增加和撞击位置的改变会使桥墩的破坏形式由弯曲破坏向剪切破坏转变.落石冲击桥墩上部造成的破坏程度相比其他位置小,改变撞击方向会显著影响撞击点上方的桥墩侧向位移.我国公路桥梁抗震设计细则公式给出的计算方法低估了桥墩实际的抗撞能力,轴压力对桥墩的抗撞性能有明显提升,建议考虑在计算公式加入轴压力因素.     

轴压比对钢筋混凝土柱侧向抗爆炸冲击性能的试验研究

通过多点加载试验模拟侧向抗爆炸冲击的性能,研究分析在不同轴压比作用影响下钢筋混凝土柱的破坏过程、破坏形态及峰值荷载.实验结果表明:在侧向爆炸冲击荷载作用下钢筋混凝土柱可能发生剪切和弯曲两种破坏;轴压比的增大使得柱的峰值荷载与侧向位移增加.     

考虑桥墩剪切破坏的不规则桥梁排架抗震分析模型

基于OpenSees数值分析平台的纤维梁柱、剪切弹簧和转动弹簧单元,建立了考虑桥墩剪切破坏的不规则桥梁排架抗震数值分析模型.其中纤维梁柱单元模拟桥墩、盖梁弯曲变形,剪切弹簧单元模拟桥墩剪切变形,转动弹簧单元模拟纵筋拔出变形.基于圆形截面桥墩抗震试验结果,并结合数值分析手段建立了桥墩剪切破坏时塑性铰区转角计算公式.并以此公式为基础,监测数值模型中桥墩剪切破坏,剪切破坏前桥墩以弯曲反应为主,剪切破坏后桥墩侧向强度和刚度发生显著退化.最后以3座实际不规则桥梁排架为工程背景,进行了排架横桥向地震作用下的滞回性能分析.研究表明,所建立的抗震分析模型可有效模拟由于桥墩剪切破坏造成的强度和刚度退化,为不规则桥梁结构抗震性能分析提供了依据.     

船舶撞击双柱式桥墩破坏模式分析

为了研究双柱式桥墩在船舶碰撞作用下的损伤破坏机理,对冲击作用下钢筋混凝土结构的材料本构、黏结模拟方法进行了分析。采用可以考虑开裂的混凝土连续光滑本构模型模拟墩柱混凝土材料,采用考虑应变速率的随动塑性强化模型模拟墩柱纵筋及箍筋;基于显式动力有限元软件LS-DYNA,在考虑双柱式桥墩纵筋配筋率变化及是否存在桩土相互作用的情况下,对驳船撞击双柱式桥墩进行动力仿真分析。研究结果表明:在船舶撞击作用下,混凝土双柱式桥墩的破坏过程可分为4个阶段:初始接触碰撞阶段、撞击墩破坏阶段、非撞击墩破坏阶段、系梁与墩柱连接破坏阶段;结构在碰撞接触区域发生了局部剥落损伤,同时在碰撞侧桥墩、非碰撞侧桥墩以及系梁连接处均发生开裂破坏,船艏经历了2次加载-卸载历程,船舶动能的76%转化为船艏及结构的内能;双柱式桥墩纵筋配筋率对结构的破坏模式影响明显,随着配筋率提高,桥墩墩柱逐渐由弯曲破坏转变为只出现少量横向裂缝;在配筋率为2%时,墩柱基本不发生弯曲破坏,而碰撞侧墩柱与系梁连接处属于双柱式桥墩薄弱构造环节,在不同配筋率情况下均发生破坏;桩土相互作用对桥墩的破坏模式影响显著,在计算分析时应予以考虑,在墩底固结情况下,桥墩主要发生剪切破坏。     

车桥撞击动力学分析模型

针对频发的车桥撞击事故,采用落锤冲击试验装置,进行了钢筋混凝土圆形桥墩模型在静力及侧向撞击荷载下的力学性能试验,建立了车桥撞击动力学分析模型。试验结果表明:桥墩撞击荷载下破坏模式与撞击力及材料动态性能相关;基于达朗贝尔原理建立的车桥一维碰撞的单自由度、双自由度模型求解撞击力与试验值基本吻合,峰值及平均值误差分别为-15.4%和14.5%。     

既有钢筋混凝土框架抗剪能力分析

为研究既有结构地震损伤直至破坏的特点,选取1栋20世纪80年代初建造的钢筋混凝土框架结构的一榀单跨平面框架进行Pushover分析。基于OpenSees分析平台,得出结构破坏过程中塑性铰截面处的剪力需求,并与现行规范中的截面抗剪能力进行比较。研究结果表明:结构在出现塑性铰的过程中,将出现脆性剪切破坏;结构的破坏机理是底层柱发生弯曲-剪切破坏。建议对既有建筑结构进行抗震评估时,必须考虑梁、柱剪切破坏模式。该方法可用于结构抗剪能力及延性的初步评估。     

高速铁路低剪跨比桥墩抗震性能对比试验研究

低矮桥墩在高速铁路中被广泛采用,该类桥墩具有低纵筋率、低剪跨比、纵桥与横桥向剪跨比差别大等特点.为比较低矮桥墩纵桥与横桥两方向的抗震性能,根据模型相似理论,以典型的高速铁路圆端形桥墩为原型,墩高取8 m、16 m 2种,设计了4个桥墩模型,分别在纵桥与横桥方向进行了单向低周反复荷载试验,得到两方向的滞回曲线、骨架曲线以及桥墩破坏形态.试验结果表明,横桥向剪跨比为1.35的模型,表现出了剪切破坏模式,延性较差;而横桥向剪跨比为2.13的模型,墩底出现了少量的弯剪裂缝,但其破坏模式仍为弯曲破坏.顺桥向桥墩模型的破坏模式均为弯曲破坏,与已有试验结果相同.当进行高速铁路低剪跨比桥墩的抗震设计时,应保证地震作用下的桥墩横桥抗剪承载力以避免发生剪切破坏.     

基于K近邻算法的钢筋混凝土柱地震破坏模式判别方法

钢筋混凝土（RC）柱在地震力的作用下会发生不同的破坏模式,不同的破坏模式会有不同的损伤特点。所以,有必要针对不同地震破坏模式提出有效的判别方法。首先基于SMOTE算法使数据样本达到均衡,其次根据ENN算法,筛选了判别弯曲破坏和非弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏的最佳参数;再次通过TomekLinks算法合理剔除噪音样本重构均衡数据,最后基于kNN算法建立了两阶段kNN模型,达到了准确判别RC柱地震破坏模式的目的,并通过与传统kNN模型、传统经验方法进行对比分析,验证了模型的优异性。研究结果表明：该方法通过选取筛选最佳参数,在提高判别准确率的同时简化了传统机器学习判别模型;本模型提出的两阶段kNN模型对三种破坏模式的判别准确率均可达90%以上,比传统kNN模型高10%左右,比传统经验判别方法高20%左右。     

钢筋混凝土梁火灾下抗剪性能的试验研究

对5根足尺钢筋混凝土简支梁进行了标准火灾试验,研究了钢筋混凝土梁火灾下的抗剪性能,得到了火灾中梁内混凝土的温度分布、纵筋和箍筋的温度变化、梁的竖向挠度、梁端的轴向变形以及梁的破坏模式,对比分析了不同混凝土保护层厚度、剪跨比对梁耐火极限的影响。结果表明:与常温下不同,提高混凝土保护层厚度可以显著提高钢筋混凝土梁火灾下的抗剪性能。受火条件下,随着剪跨比的减小,梁发生斜截面剪切破坏的耐火极限逐渐增加,但破坏时的脆性特征更加明显。     

CFS抗剪加固钢筋混凝土梁的耐火性能研究

采用厚型防火涂料对3根碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁和1根对比梁进行ISO834标准升温条件下的恒载升温耐火性能试验,得到试验梁的测点温度随时间增加的分布关系。分析不同加载方式、剪跨比、加固量和防火保护层厚度对高温下CFRP抗剪加固梁的破坏形态及耐火极限的影响。试验研究表明:剪跨比是高温下影响CFRP抗剪加固梁耐火极限和破坏形态的主要因素;抗剪加固防火涂料的厚度可以提高剪切破坏的耐火极限,但不改变弯曲破坏的耐火极限。编制了设有厚型防火涂料保护的碳纤维抗剪加固混凝土梁的截面温度场计算程序,通过试验结果验证程序的正确性。为全面考虑影响高温下碳纤维抗剪加固钢筋混凝土梁耐火极限的因素提供补充。     

双柱墩弹塑性位移能力简化计算方法

在目前单柱墩延性能力研究的基础上,通过分析动轴力和塑性铰机制对双柱墩弹塑性位移能力的影响,得出双柱墩弹塑性位移能力简化计算方法,并对该简化计算方法进行误差分析.结果表明:双柱墩墩顶简化计算屈服位移较推倒(Pushover)分析的屈服位移略大;当双柱墩轴压比为5%~20%、长细比为5~10时,简化计算破坏位移误差在20%内.随着长细比的增加和轴压比的减小,简化计算墩顶破坏位移小于Pushover分析的破坏位移,因此该简化计算方法的结果是偏安全的.     

强震作用下城市连续高架桥倒塌失效模式

高烈度地震区内城市高架桥梁结构是城市交通的命脉,但当其遭遇强震导致失效时会造成不可预估的社会后果.高架桥或者其构件发生损伤导致自身不能发挥正常的使用功能时认为桥梁失效.以某六跨连续梁高架桥为工程背景,采用OpenSees软件建立了三维非线性有限元计算模型,基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)法和加权秩和比法来判别在强震作用下该高架桥在的连续倒塌失效模式.计算过程中考虑支座的摩擦滑移,根据损伤值的变化来判断构件的状态,对连续梁桥各个构件的失效次序进行统计,给出具有统计意义的地震倒塌失效模式和最弱失效模式.结果表明:根据加权秩和比法得到的倒塌失效规律和最弱失效模式基本一致,首先是起到摩擦减震的滑动支座失效,其次是固定墩和固定支座失效,最后非固定墩失效.研究结果可为类似连续梁高架桥的抗震分析和地震失效倒塌模拟提供一定的参考和借鉴.     

新型装配式桥墩墩底连接性能分析

为了研究连接组件对装配式桥墩墩-底连接性能的影响,在已有灌浆套筒连接承台与墩柱桥墩的基础上,提出了三种新型桥墩墩底连接方式:直槽连接桥墩模型、斜槽连接桥墩模型、圆弧槽连接桥墩模型。建立了三种不同连接方式的数值模型,并且采用低周往复荷载的方法对这三种模型进行了数值模拟并进行了对比分析,对结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、强度退化、耗能能力进行比较,结果表明:这三种连接方式均具有良好的强度、刚度和耗能能力,相较于直槽桥墩模型,斜槽和圆弧槽桥墩模型的屈服位移分别降低了49.8%和53.69%。屈服荷载分别降低了17.4%、19.9%,极限荷载分别降低了19.6%、18.7%,耗能能力分别降低了46.1%、42.1%,最大残余位移分别增大了12.2%、30.1%。由此可见直槽连接桥墩有更好的力学性能,其耗能能力更好,因此可以得出直槽连接桥墩模型在正常使用和抗震承载方面性能最佳,可以很好地适用于装配式桥墩中去。     

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。     

场视频信号编码器的性能分析

为了不断地提高压缩性能,ITU和ISO组织推出了H.26x和MPEG-x系列标准.由于场视频信号在显示时存在的场效应问题,系列标准中只有3个标准给出了场视频信号的编码方法,分为帧/场固定和帧/场自适应两大类.通过测试给出了这两类方法对场视频信号的编码性能比较,并给出了影响场视频信号编码性能的主要因素.     

大跨连续刚构桥稳定性分析

利用大型通用有限元程序建立了某高墩大跨连续刚构桥的空间有限元模型,计算了桥梁结构的稳定安全系数,对桥梁的失稳特征进行了分析,计算表明该桥具有足够的稳定安全性,分析结果为同类桥型的设计提供了参考依据。     

柘林水电站消能掺气墩的原型振动试验与动力响应计算

消能掺气墩是新型消能结构,已成功地应用于江西柘林水电站泄洪建筑物之中。为了对消能掺气墩的动力特性作出评价,本文按三维有限元法,采用SAP-5动力分析程序,计算了该结构的前15阶固有频率与振型,并进行了原型振动试验,用共振峰值法测出了结构的八阶固有频率。测试了泄洪水流冲击作用下结构的动态位移、加速度响应,又根据水流脉动压力观测资料,加以分析整理,输入到SAP-5程序之中,按振型迭加法计算了结构的位移响应及动应力历程。校核了结构的疲劳强度。     

基于纤维截面的弯剪耦联薄壁墩柱模拟模型

钢筋混凝土（RC）桥墩构件常采用空心截面,震害调查表明其失效模式多表现为弯剪耦联的非线性破坏．本文提出一种基于纤维截面、考虑弯剪耦联变形的混凝土墩柱模拟模型．首先将双轴材料本构引入纤维材料状态的计算,然后通过纤维截面积分,得到适用于Timoshenko梁柱单元的截面刚度矩阵,最终实现考虑弯剪耦联效应的梁柱单元．其中,双轴RC本构模型采用往复软化薄膜模型（CSMM）,并对CSMM中单轴混凝土滞回模型进行修正．通过引入纤维间变形协调条件并采用Newton迭代法,确定截面和纤维状态．最后,通过一个缩尺薄壁桥墩构件拟静力试验的模拟分析进行对比验证,分析结果表明该模型精度较高,对弯剪耦联导致的强度和刚度退化以及捻缩效应模拟较好,且计算效率较实体模型高．     

墩身高阶振型对高墩地震反应影响

采用增量动力分析的方法,全面讨论了墩身高阶振型对桥梁结构地震反应的影响.首先分析了现有规范中的桥梁抗震设计方法应用于高墩的局限性;随后采用了增量动力分析方法,在考虑墩身高阶振型效应的情况下,对高墩桥梁结构在地震作用下的性能进行了研究.结果表明:由于墩身高阶振型贡献,高墩在强震作用下可能沿墩身产生多个塑性区域;墩顶位移与墩底曲率不再同步变化,高墩墩顶极限位移不能采用规范中的方法进行计算;高墩墩身的地震剪力及弯矩需求也会由于墩身高阶振型的显著影响而变得十分复杂.最后提出了针对高墩抗震设计的一些改进措施.     

基于桩—土作用的滚石撞击双柱式桥墩动力响应分析

滚石灾害的发生将会影响山区桥梁结构使用状况,有时会导致桥墩偏位和落梁,落梁严重的甚至会造成整个桥梁发生坍塌。鉴于独柱墩、双柱墩在山区桥梁中的应用广泛,运用LS-DYNA对独柱墩、双柱墩受滚石撞击时的结构动力响应进行分析。研究表明:滚石撞击双柱式桥墩的位移响应、钢筋应力、桥墩损伤指标均比独柱式桥墩显著。