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.     

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.     

采用套筒连接的预制桥墩抗震性能试验研究

通过对套筒预埋位置不同的预制立柱试件进行拟静力试验,并与现浇立柱作对比,研究灌浆套筒连接预制拼装桥墩的抗震性能.分析比较了此类构造下混凝土桥墩的损伤部位、损伤发展过程和最终破坏形态,并定量地从滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性、耗能等方面详细分析了试件的抗震性能.结果表明:不同预埋位置灌浆套筒的预制试件在损伤形式和塑性铰形成上有所不同,但试件抗震性能总体相近;预制试件损伤均小于现浇试件,且主要集中在接缝处;预制试件各项性能参数不弱于现浇试件,合理设计下可满足预期的抗震要求.     

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.     

高强钢筋增强节段拼装桥墩抗震性能分析

为实现预制节段拼装桥墩(PSBC)地震动力响应与震后残余位移的同步控制,提出以高强钢筋替代传统PSBC中普通贯通钢筋的新方案。为验证该方案的有效性,对比分析配置普通热轧带肋钢筋HRB400、HRB500和精轧螺纹钢筋PSB785的PSBC模型的抗震性能。首先,提出了PSBC纤维模型建模方法,并将数值模拟结果与前人试验及本文作者试验结果进行对比,验证了建模方法的有效性。然后,针对上述3类PSBC模型开展单调加载分析、滞回分析及动力时程分析,对比各模型的位移延性、耗能能力、地震最大位移反应及震后残余位移。结果表明:将PSBC贯通钢筋由常用的HRB400改为PSB785型精轧螺纹钢筋,可在地震时最大位移基本不变的前提下显著减小震后残余位移。因此,建议PSBC贯通钢筋优先选用PSB785型精轧螺纹钢筋,藉此综合提高PSBC抗震性能和自复位能力。     

混合桥墩抗震性能试验研究

以3个剪跨比为3.0桥墩试件(包含1个混合桥墩试件和2个对比试件)的拟静力试验为基础,研究混合桥墩与钢筋混凝土桥墩、钢管混凝土组合桥墩抗震性能的差异,并以此作为混合桥墩方案是否可行的评判依据。结果表明:3个桥墩试件均发生弯曲延性破坏,但混合桥墩试件的裂缝数量多、沿墩身分布范围广;混合桥墩试件的抗震性能要明显优越于钢筋混凝土桥墩试件,其位移延性和自复位能力甚至比钢管混凝土组合桥墩试件更为出色;混合桥墩兼顾了经济性和耐震性,在地震设防区是一个极具竞争力的桥墩方案。     

基于OpenSees的节段拼装桥墩抗震性能数值分析

为对预应力混凝土节段拼装桥墩抗震性能的数值分析提供依据,应用OpenSees有限元计算程序,选取非线性纤维梁柱单元配合适当的材料本构模型,对桥墩的混凝土节段、接缝及预应力筋进行模拟.首先,介绍桥墩材料所选用的本构模型;然后,介绍模型对各部件的模拟方法、纤维网格划分以及边界条件设置;其次,开展模型分析并将计算结果与拟静力...     

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.     

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.     

套筒连接预制拼装桥墩直剪性能试验研究

为探究套筒连接预制拼装桥墩的直剪性能和影响因素,对拼接面增设剪力键、不同套筒位置的预制拼装桥墩试件进行直剪试验。分析不同拼接缝构造桥墩的损伤发展、破坏模式,探讨预制拼装桥墩的抗剪机理并将实测值与既有抗剪公式计算结果进行比较。结果表明：矮桥墩直剪试验有2种破坏模式,即以斜裂缝开展为主的破坏和以拼接缝滑移为主的破坏;套筒设置在桥墩底部会改变桥墩的破坏模式,使得试件破坏以拼接缝滑移为主;GB50010―2010中的抗剪公式可以较合理地预测套筒连接预制拼装桥墩的抗剪强度。     

预制拼装箱型墩抗震性能指标分析

采用IDA法对预应力预制拼装箱型高墩的抗震性能和性能指标进行研究,通过和整体式箱型高墩的表现形式对比验证了其适用性,并对墩底截面曲率、墩顶位移、预应力三个基本性能指标在预应力预制拼装箱型高墩领域的适用性进行探讨,结果表明：对于预应力预制拼装箱型高墩来说,由于高阶振型的影响,墩顶位移的大小并不能准确表征构件的损伤状态,不适合作为预应力预制拼装箱型高墩的抗震性能指标;当墩底曲率达到极限曲率时,墩底截面曲率增加幅度远大于墩身截面曲率,可以很好的反映构件的损伤状态;构件特定部位的损伤可能会导致预应力筋应力突然增大引起构件破坏,选用墩底截面曲率结合预应力指标作为性能指标能较好地表征构件的损伤状态。相关研究结论可为该类型高墩的抗震分析和设计提供借鉴。     

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.     

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...     

预制拼装等边箱型墩抗震性能指标分析

采用IDA法对预应力预制拼装箱型高墩的抗震性能和性能指标进行研究,对墩底截面曲率、墩顶位移、预应力3个基本性能指标在预应力预制拼装箱型高墩领域的适用性进行探讨.结果表明:对于预应力预制拼装箱型高墩来说,由于高阶振型的影响,墩顶位移的大小并不能准确表征构件的损伤状态,不适合作为抗震性能指标;当墩底曲率达到极限曲率时,墩底截面曲率增加幅度远大于墩身截面曲率,可以很好地反映构件的损伤状态;选用墩底截面曲率并结合预应力指标作为性能指标,能较好地表征构件的损伤状态.相关研究结论可为该类型高墩的抗震分析和设计提供借鉴.     

基于OpenSees仿真的自复位预制装配RC桥墩抗震性能分析

将震后可恢复功能设计新理念和预制装配桥梁建造新技术相结合,在已开展自复位预制装配式RC桥墩结构拟静力往复加载试验基础上,基于OpenSees软件平台建立了自复位预制拼装RC桥墩的数值模型.数值仿真了水平往复加载作用下自复位预制桥墩力学行为并与模型试验结果进行了对比验证.参数化分析了预制桥墩高宽比、轴心后张预应力筋面积和初始张拉力等关键设计参数对自复位预制桥墩抗震性能的影响.结果表明,本文基于OpenSees建立的数值模型可较好地模拟自复位桥墩的拟静力往复力学行为.随墩柱高宽比增大,预制桥墩侧向初始刚度、屈服后刚度、承载力迅速下降,滞回曲线也越来越不饱满,耗能能力变弱.随轴向预应力筋初始张拉应力增加,桥墩屈服承载力增加,但对屈服后刚度无明显影响.轴向预应力筋面积对桥墩屈服承载力基本无影响,但对桥墩屈服后刚度影响显著,且大致呈正相关特性.     

塑性铰区采用SFRC的高架桥墩抗震性能

为了改善高架桥墩的抗震性能,提出了在其潜在塑性铰区采用钢纤维增强钢筋混凝土(SFRC)进行增强的方法。对普通混凝土(NC)和钢纤维混凝土(SFC)棱柱体试块进行轴压试验,获得2种混凝土的本构关系曲线。基于结构分析软件建立全墩身采用普通钢筋混凝土(RC)和桥墩塑性铰区采用SFRC的高架桥分析模型,分析不同桥墩关键部位的地震需求。利用UCFyber程序建立桥墩截面纤维单元模型,计算桥墩抗弯能力。对比分析全墩身采用RC和桥墩塑性铰区采用SFRC的高架桥墩的抗弯能力需求比。结果表明:SFC的强度和变形能力较NC更具优势;在纵桥向地震动输入下,塑性铰区采用SFRC的桥墩比RC桥墩具有更强的塑性变形和地震耗能能力;塑性铰区采用SFRC的桥墩抗弯能力需求比平均比RC桥墩增大25.5%,具有更好的抗震安全性。     

灌浆料对预制拼装承插式桥墩力学性能的影响

承插式连接中桥墩采用预制墩,待桥墩插入承台预留孔洞后,在桥墩插入端外围灌入高强速凝灌浆料以密实预留孔洞,连接的结构可靠性主要取决于后期灌注的灌浆料和承插深度.文中对承插试件和现浇试件进行拟静力试验和ANSYS数值模拟,研究灌浆料的粘结性能、弹性模量和填充厚度对承插试件整体力学性能的影响.结果表明:在承插深度足够的情况下...     

碳纳米管混凝土桥墩抗震性能有限元分析

为了研究碳纳米管混凝土桥墩在低周反复荷载作用下的抗震性能,建立了0.3％最优掺量的碳纳米管混凝土桥墩ABAQUS有限元模型,从滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数三个方面与普通混凝土桥墩进行比较.研究结果表明:在低周反复荷载作用下,碳纳米管混凝土桥墩滞回曲线饱满.在相同循环荷载内,碳纳米管混凝土桥墩的承载能力、平均刚度都要...