采用混合体系的预制拼装桥墩抗震性能分析

为提升预制拼装桥墩在地震作用下的延性和耗能能力,构思一种结合整体现浇桥墩与预应力节段拼装桥墩体系的混合体系预制拼装桥墩。介绍混合体系预制拼装桥墩的设计思路、构造和力学行为特征,分析其三水准性能目标。建立桥墩的三维实体有限元分析模型,并通过参照试验结果进行验证。从混凝土应变、预应力行为、滞回特性和接缝开合等角度,分析不同形式桥墩在循环荷载下的抗震性能。选取底部节段高度、初始预应力水平、预应力布置方式等关键设计参数,探讨其对混合体系拼装桥墩和预应力拼装桥墩抗震性能的影响规律。研究结果表明:混合体系预制拼装桥墩与预应力拼装桥墩相比,可同时利用接缝非线性行为和底部塑性铰机制来抵抗地震作用,其初始弹性刚度和水平承载力更大,具有更强的延性和耗能能力;混合体系预制拼装桥墩底部节段的长细比大于1.2时,随着长细比的增大,位移延性降低,残余位移增大;初始预应力水平对2种桥墩水平承载力、位移延性、初始弹性刚度等的影响有差异,对于混合体系预制拼装桥墩,40%的初始预应力水平较为合适;混合体系预制拼装桥墩的预应力束在截面边缘布置可减小接缝位置混凝土的损伤,同时可有效提高桥墩的水平承载力。研究结论可为预制拼装桥墩的抗震设计和性能优化提供参考。     

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.     

滑动螺栓连接双柱式拼装CFST桥墩及其抗震研究

针对干接缝节段拼装桥墩接缝处整体性较差,抗剪和耗能能力不足的问题,提出了一种滑动螺栓连接双柱式拼装钢管混凝土(CFST)桥墩结构方案.基于ABAQUS平台发展并检验了一种可考虑CFST节段及螺栓复杂接触行为的实体模型模拟方法.通过拟静力分析研究了是否设置连接装置、连接钢管厚度、连接钢管长度、滑动螺栓槽长度及预应力筋配筋...     

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.     

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.     

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。     

全螺栓连接和焊接连接钢板剪力墙力学性能分析

为了避免焊接造成的残余应力,通过螺栓连接的端板将上下2块钢板连接,形成一种延性和耗能能力更好的全螺栓连接钢板墙.通过有限元建立全螺栓连接和传统焊接连接钢板墙模型,对比两种钢板墙在单向推覆和往复荷载作用下的荷载位移曲线、抗侧承载性能、能量耗散系数、刚度退化和承载力退化等性能.结果表明,在单向推覆作用下全螺栓连接钢板墙的抗侧承载力与传统焊接形式较为接近,但初始刚度比传统形式下降了11%;在往复荷载作用下,全螺栓连接形式表现出更好的整体耗能能力,刚度退化更平缓.该类钢板墙还便于生产和安装,在今后的工程应用中值得广泛的推广和应用.     

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.     

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.     

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.     

圆端形不锈钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

以外钢管材质、加载方向及中空夹层截面为变化参数,进行了 4个圆端形不锈钢管（concrete-filled round-ended stainless steel tubular,CFRST）和2个圆端形普通钢（concretefilled round-ended carbon steel tubular,CFRT）混凝土桥墩试件的往复加载拟静力试验. 分析了试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性系数及耗能等. 试验结果表明：圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的破坏形态均为墩底外钢管的鼓曲及底部混凝土的局部压溃,各试件的滞回曲线较为饱满,无明显捏拢现象,耗能能力及延性均较好;与圆端形钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的峰值荷载及初始刚度基本不变,但延性及耗能能力增加,刚度退化程度减小;与圆端形实心不锈钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形中空夹层不锈钢管混凝土桥墩试件沿强轴加载时峰值荷载、初始刚度、延性及耗能能力均增加,而沿弱轴加载时由于内钢管平直段发生向内凹曲,其峰值荷载及初始刚度虽仍有增加,但延性及耗能能力略有降低. 给出了此类桥墩水平承载力的计算方法,计算结果与拟静力试验结果吻合较好.     

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。     

钢板剪力墙抗震性能的有限元分析

为明确钢板剪力墙的抗震性能,利用经试验验证的有限元数值模拟方法分析了在低周往复荷载作用下内填板高厚比对滞回耗能、单位体积墙板耗能、能量耗散系数和墙板中心点平面外最大位移的影响,并给出了板平面外的位移滞回曲线.通过骨架曲线进一步分析了高厚比对水平承载力、抗侧刚度和延性的影响.结果表明:随着加载位移的增加,薄墙板的耗能效率越来越高于厚墙板;薄墙板的抗侧刚度和水平极限承载力小于厚墙板,但延性高于厚墙板.建议剪力墙板的高厚比取为300.     

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。     

新型耗能连接正交胶合木剪力墙抗侧力性能试验

为研究基于软钢屈服与橡胶剪切变形双重耗能机制新型连接的正交胶合木剪力墙抗侧力性能,考虑顶部竖向荷载、墙体高宽比、耗能连接件可更换性等因素,对6榀2.4m高足尺试件进行了单调及低周往复加载试验,并与普通金属连接正交胶合木墙体进行对比试验,获取并分析了剪力墙的破坏过程、力学性能参数及各项因素对抗侧力性能的影响规律。结果表明：新型耗能连接正交胶合木剪力墙在侧向力下的损伤主要集中在耗能连接的软钢耗能段屈服断裂与耗能橡胶脱胶破坏,墙体板材与自攻螺钉未见损伤;增大顶部竖向荷载可有效提升墙体的抗侧力性能,而增大高宽比主要可增加墙体的变形能力与延性;与普通金属连接墙体相比,耗能连接墙体的最大承载力相近,但延性提升26%,耗能能力提升38%,最大层间位移角可达1/23,且在原位替换耗能连接修复的墙体与原墙体的抗侧力性能相近,表明新型耗能连接正交胶合木剪力墙具有较好抗震性能,可实现强震后连接可更换、结构可修复的设计目标。     

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.     

波纹钢板剪力墙结构的抗侧性能分析

利用有限元分析软件ABAQUS,对16个单层波纹钢板剪力墙结构进行弹性屈曲分析和非线性推覆分析,研究其在侧向荷载作用下的工作机理和抗侧性能,并探究了波纹几何参数对波纹钢板剪力墙结构屈曲性能和抗侧性能的影响规律.研究结果表明:与平钢板剪力墙相比,波纹钢板剪力墙具有较高的弹性屈曲临界荷载以及抵抗竖向荷载的能力,同时也具有良好的抗侧性能;随着宽高比的增加、高厚比的降低,波纹钢板剪力墙的初始抗侧刚度和极限承载力均提高;随着波纹钢板波幅的增加,极限承载力增大,初始抗侧刚度的变化较小;波纹钢板波长的增加对极限承载力以及初始抗侧刚度的影响均较小.     

基于可更换耗能连接的装配式混凝土梁柱节点力学性能试验研究

为提高结构的震后修复效率和修复后工作性能,提出一种带有可更换耗能连接的装配式混凝土框架梁柱节点构造.将可更换耗能连接作为梁端抗弯部件和阻尼器,销轴体系作为梁端抗剪部件,进行节点试件的拟静力试验,分析其力学特性、抗震能力和修复后性能?结果表明,试件在加载过程中表现出稳定的耗能能力和高延性性能,塑性变形集中在耗能连接的核心钢板内,卸载后混凝土裂缝均可闭合.发生较大转角位移时,试件可保持稳定的承载能力,其失效模式为核心钢板中部的疲劳断裂.更换核心钢板后试件的弹性刚度、滞回性能和延性等与初始工况一致,混凝土部件仍保持弹性,表明节点的震后修复性能良好.所提出的节点构造可应用于高烈度区域,使结构在强震后快速恢复承载能力和使用功能.     

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.     

外包钢板对钢筋混凝土桥墩抗震性能影响的试验研究

分别进行了普通钢筋混凝土桥墩和外包钢板混凝土桥墩的拟静力试验,得到了两类桥墩的滞回曲线、骨架曲线,对比分析了其承载力、延性系数、耗能能力及残余位移,研究了外包钢板对提高钢筋混凝土桥墩抗震性能的效果.结果表明:外包钢板桥墩的屈服荷载与位移、峰值荷载与极限荷载均大于普通钢筋混凝土桥墩的相应值,外包钢板能够提高桥墩的承载力和...