外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土桥墩抗震性能分析

为了进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构在中、高烈度地区的应用,减少桥墩的震后损伤及修复成本,提出一种外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)桥墩。基于ABAQUS有限元分析软件建立无耗能装置、外置拱形钢板、外置竖直钢板、外置拱形耗能装置的四节段预制拼装CFST桥墩模型,并在往复位移加载作用下对各模型的抗震性能进行对比分析。研究结果表明：外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩具有较好的水平承载力、较高的初始刚度以及较强的耗能能力,与外置竖直钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力提升了约11.9%,初始刚度提升了约2.5%;与外置拱形钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约28.8%、4.6%和13倍;与无耗能装置的预制拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约39.4%、10.4%和18.1倍;外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩在整个位移加载阶段残余位移均保持在1 mm之内,偏移率不超过1%,且损伤集中在拱形耗能装置上,能够实现震后的快速修...     

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.     

预应力度对节段拼装桥墩抗震性能影响研究

为了研究预应力度对节段拼装桥墩抗震性能的影响,采用ABAQUS有限元软件对不同预应力度的桥墩进行仿真模拟分析,并通过拟静力试验验证模拟准确性.由模拟与试验结果得到:预应力连接的节段拼装桥墩滞回曲线呈旗帜型;节段间榫卯剪力键提供抗剪承载力,减小了桥墩节段间应力及位移,避免了节段间的相对滑移;ABAQUS有限元软件对桥墩的数值模拟与试验相比误差不超过15%;随着预应力度的增大,节段拼装桥墩屈服位移和极限位移有一定的增加,累积耗能能力显著增强,但对桥墩延性及残余位移影响不大.     

半现浇榫卯节段预制桥墩滞回性能研究

为克服传统无粘结预应力节段预制桥墩在水平往复荷载下接缝处易出现压碎破坏、滞回性能较差的缺点,在原有桥墩基础上进行改进,采用桥墩底部塑性铰区域与承台一同浇筑、其余部分节段预制的方式,考虑混凝土塑性损伤模型进行非线性拟静力加载计算。发现此种结构对比传统节段预制桥墩滞回性能有一定提升,结构受力控制截面转变为现浇部分与节段之间的接缝,并在此基础上在节段间加入榫卯结构与耗能钢筋,进一步提升了结构的延性与极限承载力。结构的破坏形式也由接缝间因开张与闭合产生的压碎破坏转变为墩底的弯曲破坏,滞回性能大幅提升,并具有更好的整体性。     

插肩榫节段拼装桥墩抗震性能数值分析

为提高预制节段拼装桥墩抗震性能,运用传统榫卯结构中的插肩榫连接技术,以榫头的形状和位置作为参数,利用ABAQUS数值分析软件建立了中间长方形、中间梯形、四周长方形和四周梯形共4种不同的插肩榫节段拼装桥墩模型.将其与平接缝节段拼装桥墩进行拟静力分析,通过对比结构的滞回性能和残余变形等抗震性能,验证插肩榫在节段拼装桥墩中运用的可行性.结果表明,相比平接缝节段拼装桥墩,中间长方形、四周长方形、四周梯形的模型能够不同程度地提高桥墩的水平承载能力和耗能能力,但是会导致结构残余变形增大,降低结构的自复位能力;中间梯形的插肩榫节段拼装桥墩,既能提高桥墩的水平承载能力和耗能能力,又能降低桥墩的残余变形,整体表现最为优秀.     

预应力连接型装配式混凝土桥墩受力性能研究

为了探究地震作用下,不同连接形式对混凝土桥墩抗震性能的影响,设计了预应力连接型装配式混凝土桥墩与整体现浇桥墩两种连接形式的桥墩,分析预制拼装双柱桥墩节点的失效机理。对预应力连接型式装配式混凝土桥墩与现浇桥墩采用拟静力试验方法,观察、记录试件的受力变形、破坏现象,分析两种桥墩的抗震性能。通过对桥墩承载能力、位移变形、耗能等方面的对比可得,预应力连接型式的装配式混凝土试件与整体现浇桥墩的试验现象基本一致,装配式桥墩屈服位移略大,装配式桥墩较整体现浇桥墩最大承载力降低11.6%,极限位移减小11.33 mm,延性系数减小2.1 mm,初始刚度减小1.83 kN/mm。传统的现浇桥墩最大残余位移为53.52 mm,约是装配式桥墩最大残余位移的4.8倍。综合试验结果来看,在同样的设计参数情况下,装配式桥墩基本能够达到现浇桥墩所要求的各项性能,可对工程实际施工起到指导作用。     

干接缝节段拼装桥墩连续梁桥地震反应分析

根据已有的干接缝连接节段拼装桥墩的研究成果,采用集中塑性铰方法对一座节段拼装连续梁桥的抗震性能进行了分析,比较了节段拼装连续梁桥与整体现浇钢筋混凝土连续梁桥地震响应的异同。研究结果表明：节段拼装桥墩桥梁的位移响应大于具有相同骨架曲线的整体现浇普通钢筋混凝土桥墩桥梁的位移响应。集中塑性铰方法可以推广应用到节段拼装桥墩桥梁中进行抗震性能分析。     

循环荷载作用下预制拼装桥墩抗震性能分析

采用实体有限元方法分析预制拼装钢管约束混凝土桥墩在循环荷载作用下的力学反应,介绍了实体有限元方法分析预制拼装桥墩的关键技术.有限元计算得到的变形和破坏形态与试验结果基本一致,荷载位移滞回曲线也与试验结果吻合良好.在此基础上进行的参数分析结果表明:随预应力筋产生的轴压力增加,构件强度增加但延性降低;套筒约束程度对节段拼装摇摆单柱墩的滞回性能基本没有影响;接缝区域混凝土强度越高,侧向抗力增加.     

后张无粘结预应力装配式桥墩抗震性能分析

目的研究节段预制无粘结后张预应力环形截面桥墩的抗震性能,为此类桥墩抗震设计提供依据.方法通过贯穿柱段的纵向钢筋(耗能钢筋ED)提供柱的滞回耗能,利用ABAQUS有限元分析软件建立实体模型,对耗能钢筋配筋率、预应力筋配筋率、预应力度等参数进行分析.结果 ED配筋率为0.75%时的抗震性能比0.5%时提高较多,配筋率为1.0%的抗震性能比0.75%时提高不大.预应力筋配筋率在0.5%时具有较好的抗震性能,在此基础上提高配筋率没有显著效果.预应力度的增加使得屈服强度有所提高,但耗能能力提高不明显.结论在一定范围内提高ED配筋率和预应力筋配筋率对于提高桥墩抗震性能有较为显著的效果,超过此范围提高不明显,预应力度影响不大,以此实现节段拼装桥墩经济性和力学性能的优化.     

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.     

轴压比对灌浆波纹管连接预制拼装桥墩抗震性能的影响

根据实际工程制作4个缩尺比为1∶5的桥墩构件,包括1个整体现浇桥墩和3个灌浆波纹管连接预制拼装桥墩.通过拟静力试验和OpenSEES软件,研究双向加载下轴压比对灌浆波纹管连接预制拼装桥墩抗震性能的影响.结果表明,灌浆波纹管连接预制拼装桥墩破坏模式与整体现浇墩较为接近,桥墩破坏集中于接缝附近.随着轴压比的增加,灌浆波纹管连接预制拼装桥墩极限变形能力降低,承载能力和耗能能力有所提升,而轴压比对残余位移几乎没有影响.     

负弯矩作用下UHPC湿接缝桥面板裂后性能研究

针对预制拼装桥面板接缝处受力复杂、易开裂等问题,提出了一种新型超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete, UHPC）燕尾榫接缝.通过负弯矩作用下荷载模型试验,研究了不同接缝材料和预应力水平对UHPC湿接缝桥面板极限承载力、破坏形式及裂缝分布等的影响规律.基于试验验证的数值仿真模型,对比分析了不同接缝位置、接缝形式、纵筋率、材料强度及板件厚度等参数对湿接缝受弯性能的影响.研究结果表明：预应力由0 MPa提高到5 MPa,板件开裂应力和极限承载力分别提升40.0%和5.5%;燕尾榫接缝较直角榫接缝与平接缝的开裂应力分别提高7.5%和16.0%,承载力分别提高5.4%和16.0%.燕尾榫接缝整体性好,改变接缝位置对湿接缝受弯性能影响较小;板件开裂应力和极限承载力随材料强度增大而提高,材料强度超过120 MPa时增幅减小;UHPC接缝初裂刚度约为初始刚度的90%,剩余刚度约为初始刚度的25%;初裂后,结构刚度迅速下降,纵筋屈服后,结构刚度退化速度明显减缓,最终刚度保持在剩余刚度;提出了用极限荷载对应位移与开裂荷载对应位移之比为表达形式的UHPC湿接缝桥面板裂后延性系数,本文板件裂后延性系数为10.0~20.0,表明UHPC湿接缝桥面板具有较好的裂后变形能力.     

粘钢加固损伤混凝土箱型桥墩的抗震性能Ⅰ:双向拟静力试验

设计制作了11个钢筋混凝土箱型截面桥墩缩尺模型,对其进行了粘钢加固后的双向拟静力试验,分析了加固桥墩的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性能力、刚度退化和耗能能力等.结果表明,加固墩柱均发生以弯曲破坏为主的延性破坏,破坏塑性铰由未加固时的墩底上移至加固钢板位置的上边缘,加固后墩柱各项抗震性能良好,表明粘钢加固损伤桥墩是一种有效的抗震加固方式.墩柱强轴方向的滞回环饱满,承载力和刚度较大;弱轴方向的滞回环捏缩效应显著,耗能能力较强.初始损伤程度仅对粘钢加固墩柱的刚度退化及耗能能力具有一定影响.随着轴压比的增大,加固试件的承载力变大,极限变形能力降低,延性能力和耗能能力均增强.而随着长细比的减小,加固试件的承载力变大,极限变形能力降低,刚度退化情况严重.     

节段预制波形钢腹板组合梁弯曲性能试验研究

为了解节段预制波形钢腹板组合梁和整体浇筑波形钢腹板组合梁弯曲性能的差异,设计了2根1∶10缩尺试验梁的静力试验,研究了接缝的存在对节段预制波形钢腹板组合梁的破坏模态和变形、不同截面上构件的应变分布、体内体外预应力束增量及极限承载力的影响.利用有限元法分析了节段数量及体内体外预应力筋配束比对节段预制波形钢腹板组合梁弯曲性能的影响.结果表明,接缝的存在对梁体初始抗弯刚度影响不大,但节段预制梁极限承载力约为整体浇筑梁的0.79倍.节段划分数目越多,节段预制梁极限承载力越小.节段预制梁预应力束增量明显大于整体浇筑梁,且体内配束占比越大,节段预制梁极限承载力越大,实际工程中节段预制波形钢腹板组合梁体内体外配束比不宜小于1.     

套筒连接的预制拼装桥墩抗剪性能试验

为了探究采用灌浆套筒连接预制拼装桥墩的抗剪性能和影响因素,对拼接缝位置、截面中心增设无黏结预应力筋、拼接面增设剪力键齿的预制拼装桥墩试件及现浇混凝土桥墩试件进行了拟静力试验.分析比较了试件的损伤发展过程和最终的破坏模式.从滞回曲线、极限剪切承载力、变形等方面探讨了试件的抗剪性能,并与现浇混凝土试件的抗剪性能进行了比较.试验结果表明,采用灌浆套筒连接构造的预制拼装桥墩主要表现为弯剪破坏模式,变形能力和耗能能力良好,且与现浇试件抗剪性能相近.截面中心增设无黏结预应力筋的试件,可提高抗剪承载力,并降低了残余变形.     

变轴压比预制高强混凝土混合配筋管柱抗震性能研究

通过对3根预制高强混凝土混合配筋管柱试件在不同轴压比下的拟静力试验,研究了轴压比对其抗震性能的影响.其中管柱试件中预应力钢棒和HRB400级钢筋各配置6根,两者间隔布置.详细记录试件的破坏过程,得到试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、变形能力、承载力退化曲线和耗能能力等.试验结果表明:各试件均为受弯破坏,延性系数为2.50~2.93,极限位移角为1/33~1/27;配置预应力筋的混合配筋管柱试件残余位移较小,自复位能力较强;轴压比是影响试件延性和耗能能力的重要因素,随着轴压比增大,试件延性降低,耗能能力减弱.     

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.     

预制装配式钢骨混凝土组合柱抗震性能

为研究预制装配式钢骨混凝土组合柱的抗震性能,采用有限元软件ABAQUS对新型预制装配式钢骨混凝土组合柱建立9个有限元模型,分析连接模块位置高度、加劲板厚度及盖板厚度对其抗震性能的影响规律.研究结果表明:模型最终失效时,位移延性系数均值为3.01,表现良好的变形能力;提升连接模块位置高度,模型的水平承载力、刚度与同级加载位移角下的耗能能力增大,但延性降低;增大加劲板板厚,模型的水平承载力与刚度提高,延性系数减小;增大盖板板厚可提高模型的整体抗震性能.研究结论可为改进预制装配式钢骨混凝土柱连接区的连接形式提供参考.     

基于核密度估计的干接缝装配式桥墩概率性地震损伤特性分析

为研究装配式桥墩的地震损伤特性,建立了干接缝拼装桥墩的纤维模型,以150条近场地震动为激励,开展了不同混凝土强度、初始预应力水平及节段个数的预制拼装桥墩增量动力分析,并采用核密度估计法获得了拼装桥墩和同尺寸现浇桥墩的地震易损性曲线.结果表明,相较于现浇桥墩,拼装桥墩各级损伤状态的超越概率更大.当混凝土强度在C30～C45范围内变化时,提高强度可降低拼装桥墩发生轻微、中等及严重损伤的概率;鉴于高强混凝土的脆性特性,混凝土强度超过C50时则会增大桥墩完全破坏的概率.当初始预应力水平为30％～50％时,提高预应力对轻微及中等损伤的发生概率影响不大,但会增加桥墩严重损伤及完全破坏的概率.当节段个数在2～8范围内变化时,对桥墩各级损伤状态超越概率的影响不明显.     

体内体外混合配束节段预制箱梁受弯性能试验

为了探索体内体外配束比对节段预制箱梁受弯性能的影响,考虑3种水平的体内体外混合配束比,制作3根节段预制拼装箱梁进行极限承载力试验,研究了体内体外不同配束比下,节段预制箱梁的变形特点、裂缝分布特征及破坏模式。研究结果表明:体内束布置越多,节段预制箱梁的承载力越高;梁体变形主要集中在节段接缝处;梁体的裂缝是沿胶接缝的素混凝土开裂,张开的接缝沿梁高方向分布符合平截面假定;极限承载力状态下,体外束的应力可达1 400~1 600 MPa,应力增量可达35%~45%;当梁体破坏时,普通钢筋的累积应变仍小于钢筋屈服应变,建议普通钢筋按照构造配筋配置。