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.     

不同轴压比下的自密实混凝土加固框架节点抗震性能试验研究

制作了3个自密实混凝土加固框架中节点,采用MTS伺服加载系统进行自密实混凝土加固节点的拟静力试验,研究不同轴压比对自密实混凝土加固节点抗震性能的影响.3个加固试件的轴压比分别为0.1,0.2,0.3.通过对试件破坏过程、新老钢筋应变、荷载位移滞回曲线等试验结果的分析得到:随柱端轴压比的增加,柱端压力对节点核心区的约束作用逐渐增大,加固节点的抗剪承载力、耗能能力、结构刚度等随之提高,而加固节点的极限位移、位移延性系数随之降低.     

角钢混凝土柱延性与抗震措施

针对目前的规范或规程均尚未明确给出角钢混凝土柱的抗震构造措施这一问题,基于9根剪跨比为3、采用钢板箍的角钢混凝土柱拟静力试验获得的骨架曲线,采用能量等效法计算了试验柱的位移延性系数.结果表明,轴压比不变的试件,随钢板箍配箍率的增加,位移延性系数增大;钢板箍配箍率不变的试件,随轴压比的增加,位移延性系数减小;最后给出角钢混凝土柱抗震构造措施,为采用该类柱的结构设计提供依据.     

圆钢管UHPC短柱轴压承载力与变形能力计算模型

根据力的平衡和变形协调,推导出钢管折减系数和核心混凝土增强系数的解析表达式,研究圆钢管约束对超高性能混凝土(UHPC)轴压强度的增强作用和环向应力对圆钢管轴压强度的折减作用;建立圆钢管UHPC短柱轴压承载力计算模型,并与已有的规范方法进行比较;基于Mander模型,根据横向约束等效原则,建立圆钢管约束UHPC单轴受压本构模型,并利用理想弹塑性模型建立能够考虑环向应力影响的圆钢管单轴受压本构模型,实现对圆钢管UHPC短柱轴压受力全过程的模拟,并与试验结果进行比较。研究结果表明:与规范方法相比,承载力模型能够更好地兼顾计算精度和可靠度;利用变形能力计算模型得到的全过程荷载-位移曲线与试验结果较吻合。     

高轴压比下内置闭合钢管的钢骨砼桥墩曲率延性系数

为提高震区桥梁抗震延性,选择内置闭合钢管的钢骨混凝土矩形桥墩进行延性设计.考虑到近场罕遇地震下桥墩可能承受较大轴力,根据平截面假定、力的平衡和材料本构关系,分别推导了高轴压比下截面屈服曲率和极限曲率关于截面设计参数的解析公式,并通过数值方法验证了解析公式的正确性.将截面极限曲率和屈服曲率之比定义为曲率延性系数,实现已知截面设计参数定量计算桥墩延性的目的,并以曲率延性系数为指标比较了钢骨混凝土桥墩和箍筋约束混凝土桥墩的抗震延性.研究结果表明:高轴压比下,利用截面设计参数计算曲率延性系数的解析方法是可行的;当耗材相同时,高轴压比下钢骨混凝土桥墩较箍筋约束混凝土桥墩具有更好的抗震延性.     

等围压约束下超高性能混凝土本构模型

基于损伤力学进行超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)在围压约束下本构模型的推导,并建立其损伤演化方程;采用UHPC三轴压试验结果对该本构模型进行检验,得到不同围压下UHPC损伤演化曲线.推导的UHPC损伤本构模型,可很好模拟其应力-应变曲线.从损伤整个演变过程可看出, UHPC总损伤劣化程度随着围压提高不断降低,表明围压抑制了损伤的发展并改善UHPC受力状态,使其宏观平均强度增大;与此同时,累积损伤随应变增长趋势减缓, UHPC延性得到增强.     

预制拼装UHPC组合混凝土柱轴压性能试验研究

为改善装配式建筑连接区域的力学性能,将具有优异力学性能的超高性能混凝土(UHPC)用作连接区域的永久模板,与核心混凝土形成UHPC组合混凝土构件.为研究该新型预制拼装UHPC组合混凝土柱的轴压性能,开展了短柱轴压试验,考察预制UHPC板中纤维含量和预制UHPC板厚度对轴压性能的影响,分析了组合柱和普通钢筋混凝土柱的轴压承载力、延性和耗能等轴压性能指标的差异.结果表明：相比普通钢筋混凝土柱,组合柱的轴压承载力提高了57%～94%,耗能提高了一倍多;预制UHPC外壳中钢纤维含量为3%组合柱的轴压性能,比纤维含量为2%组合柱的轴压承载力、延性和耗能分别提高了23%、56%和114%,即预制UHPC板中纤维含量从2%提高到3%,显著改善了轴压性能.在试验分析的基础上,参照现行《混凝土结构加固设计规范》提出了该新型预制拼装UHPC组合柱的轴压承载力实用计算表达式,给出了UHPC抗压强度折减系数的建议取值.     

方套方复合钢管混凝土短柱压扭性能及延性分析

为研究方套方复合钢管混凝土短柱的压扭力学性能以及在压扭情况下的抗震延性性能,以不同的轴压比和截面尺寸设计了12个试件进行试验分析,分别以不同的钢材强度、混凝土强度为参数进行数值模拟分析及对试验结果验证.结果表明:经过数据分析,试验结果和模拟结果基本吻合.在改变钢材强度情况下,抗扭极限承载力随着钢材强度的增强而增加.在改变混凝强度情况下,随着混凝土强度的增加抗扭极限承载力略有增加,且夹层混凝土延45°破坏.因混凝土剪切模量与强度有关,所以扭矩-转角曲线的弹性阶段斜率略微增加,也就是刚度有所增加.经过数据分析得出压扭情况下的抗震延性性能,在轴压比小于等于0.2情况下,随着轴压比增大位移延性系数先增大后减小.在轴压比大于0.2情况下,随着含钢率的增加试件的延性系数也随着增加,含钢率低且延性系数小的试件容易发生脆性破坏.     

玄武岩FRP模壳不排水加固混凝土墩柱轴压性能有限元研究

玄武岩FRP模壳(简称BFRP模壳)可用于桥梁水下桩基、桥墩等混凝土墩柱的不排水快速加固。本文在BFRP模壳加固混凝土墩柱轴压试验研究基础上,通过ABAQUS有限元软件建立了相应的有限元分析模型,并与试验结果进行比较分析,验证了该有限元模型是可靠有效的。然后在此模型基础上,分析了混凝土填充量、填充混凝土强度、BFRP模壳约束强度及尺寸效应等参数对BFRP不排水加固混凝土墩柱轴压性能的影响。结果表明：增加混凝土填充量能提高试件的承载力,但承载力提高幅度并非随着填充量的增加而增加,而是趋于稳定;填充层混凝土强度等级越高,加固试件承载能力越高,但提高幅度随填充混凝土强度等级的提高而不断减小,填充层混凝土强度等级的变化对加固试件的延性性能影响相对较弱;增强BFRP模壳连接部分的约束强度能提高加固试件的承载力,当连接部分的强度接近非连接部分的强度时,承载力的提高幅度最大;BFRP模壳加固轴心受压柱的峰值荷载存在尺寸效应,轴压峰值荷载提高系数随墩柱尺寸的增加而减小。最后,建议了BFRP模壳约束加固混凝土墩柱的轴压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果及模拟结果吻合良好。     

BFRP螺旋条带内约束海水海砂混凝土圆柱的轴压性能

为研究以BFRP筋作为纵向增强筋、连续BFRP螺旋条带作为约束元件且带保护层的新型海水海砂混凝土圆柱的轴心受压性能,对8根短柱试件进行轴压试验,研究了BFRP纵筋配筋率和BFRP条带的宽度、间距对其轴压性能的影响;并基于试验数据推导了该类受压构件轴压承载力的计算表达式。研究结果表明：有条带约束试件的破坏过程和机理为试件高度中部混凝土保护层先剥落,然后螺旋条带断裂,随后核心混凝土压碎、纵筋屈曲,保护层剥落范围小于无条带约束试件;BFRP螺旋条带能对核心混凝土和BFRP纵筋有一定约束效应,可提高BFRP纵筋抗压强度利用率;试件抗压承载力随BFRP纵筋配筋率增大而提高;条带约束可使试件承载力提高0.9%～10.4%,极限位移增大16.39%～130.82%;减小条带间距或增大条带宽度均能提高试件承载力;试件位移延性系数总体不高;采用文中推导的轴压承载力计算表达式得到的计算值与试验值吻合较好。     

超高性能混凝土剪力墙抗剪承载力分析

对超高性能混凝土UHPC(Ultra-High Performance Concrete)剪力墙在单向水平荷载作用下的受力过程进行了非线性有限元分析.重点分析了轴压比、剪跨比、暗柱纵筋配筋率、暗柱箍筋配箍率、分布钢筋配筋率等因素对UHPC剪力墙抗剪承载力的影响.结果表明:UHPC混凝土剪力墙抗剪承载力高,延性较好,值得在工程领域应用.随着轴压比的增大,承载力先增大后减小,延性大幅下降,应该严格控制轴压比;随着剪跨比增大,破坏形态发生变化,承载力减小;随着暗柱纵筋配筋率的增大,承载力增大;暗柱箍筋体积配箍率及分布钢筋的增大对承载力的影响不很明显.     

GFRP管以及LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能

进行了18根GFRP约束高强混凝土圆柱和2根LRSFRP约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了FRP管材料、直径和壁厚等参数对FRP约束高强混凝土圆柱轴压性能的影响。结果表明,GFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能存在尺寸效应。即环向约束应力大小相同时,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限承载力和极限应变随着试件尺寸的增大而减小。随着GFRP管壁厚的增大,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限压应力和极限压应变相应提高。LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的延性较GFRP管约束高强混凝土圆柱好。最后,研究了现有FRP管约束混凝土的本构模型对GFRP管和LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性。研究发现Teng等人的模型对GFRP约束高强混凝土圆柱的适用性较好。而现有主要FRP管约束混凝土的本构模型对LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性较差。     

设置耗能壁板的新型箱形钢墩柱轴压性能数值分析

为探讨设置低屈服点加劲耗能壁板对箱形钢墩柱受力性能的影响机理,采用有限元法对3类设置加劲耗能壁板的新型箱形钢墩柱轴压性能进行数值分析,并探讨设置加劲耗能壁板对箱形钢墩柱的荷载-位移曲线、位移延性系数及承载能力的影响规律.结果表明:耗能壁板高度及宽度对箱形钢墩柱的承载能力和延性影响较大;构件承载能力随耗能壁板高度增大而增大,但随耗能壁板宽度增大而减小;构件延性随耗能壁板高度及宽度增大而增大;加劲肋的厚度、宽度及设置数量均对箱形钢墩柱的承载能力和延性有一定影响.     

拟静力作用下钢筋混凝土桥墩残余位移分析

为揭示拟静力作用下钢筋混凝土桥墩残余变形的机理,提出精度更高的残余位移计算方法,借助OpenSees软件,采用纤维梁柱单元建立钢筋混凝土桥墩的计算模型,调查了轴压比、剪跨比、纵筋配筋率、体积配箍率、纵筋强度硬化系数、纵筋与混凝土强度比等参数对墩顶残余位移延性指标的影响规律,通过残余位移延性指标拟合出残余位移影响系数随单个参数变化的曲线.在此基础上建立了残余位移影响系数随以上参数变化的预测公式,并通过残余位移预计值与试验值的对比检验了公式的精度.结果表明:预测公式对残余位移的预计值与试验值偏差小于10%,可用于基于性能抗震设计时初步估算拟静力作用下钢筋混凝土桥墩的残余位移值.     

角钢混凝土柱延性与抗震措施

针对目前的规范或规程均尚未明确给出角钢混凝土柱的抗震构造措施这一问题,本文基于9根剪跨比为3、采用钢板箍的角钢混凝土柱拟静力试验获得的骨架曲线,采用能量等效法计算了试验柱的位移延性系数,结果表明,轴压比不变的试件,随钢板箍配箍率的增加,位移延性系数越大;钢板箍配箍率不变的试件,随轴压比的增加,位移延性系数越小;最后给出角钢混凝土柱抗震构造措施,为采用该类柱的结构设计提供依据。     

不同加载模式下弯剪破坏RC桥墩抗震性能试验研究

为研究不同地震荷载对钢筋混凝土(RC)桥墩抗震性能的影响规律,采用单调、标准变幅循环和等幅低周疲劳加载对9个轴压比分别为0.05和0.15的RC桥墩进行拟静力试验,考察了不同加载模式下RC桥墩的破坏特征,对比分析了其强度和刚度退化、滞回耗能及残余变形,最后回归了弯剪破坏型RC桥墩低周疲劳寿命与位移角的关系．结果表明：低周疲劳荷载下,随位移幅值的增大,试件残余变形和平均单周耗能均增加,加载循环次数减少且强度和刚度退化严重,在临近破坏时退化最显著;随轴压比的增大,平均单周耗能和累积耗能均增加,但残余变形减小,试件塑性变形能力减弱．单调荷载下试件延性最好,变幅循环和等幅低周疲劳荷载均会削弱试件变形性能,随低周疲劳加载位移角的增加,试件的强度和刚度明显退化,低周疲劳寿命减少．     

锈蚀圆钢管混凝土柱伪静力性能研究

目的研究酸雨对钢管混凝土构件的抗震性能影响.方法笔者设计了12根圆钢管混凝土柱进行低周反复加载试验.分析轴压比和锈蚀程度对试件滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线的影响规律.结果随着锈蚀程度的加深,滞回曲线不断捏拢,试件的侧向承载力、刚度、延性都不同程度的减小;同一锈蚀程度,随着轴压比的增大,试件承载力和延性都会增大.所有试件的延性系数和阻尼黏滞系数随锈蚀程度的增大明显减小,随轴压比的增大上下波动,增大趋势并不明显.结论利用ABAQUS对钢管混凝土的抗震性能进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,证实了有限元模型的有效性和可行性.锈蚀程度对抗震性能的影响比轴压比的影响要显著.     

柔性横系梁双柱墩的抗震行为分析

基于Pushover分析方法,探索柔性横系梁对双柱式桥墩抗震行为的影响.采用弹塑性纤维单元,建立单柱墩、盖梁双柱墩和柔性横系梁双柱墩模型并进行对比分析,研究横系梁刚度变化对桥墩破坏机理、墩顶位移能力、位移延性系数以及基础受力的影响.结果表明,随着横系梁刚度的增大,墩顶位移延性能力逐渐减小,位移延性系数逐渐增大,桥墩的承载能力逐渐增大,同时提供给基础水平推力能力增大.对于规则桥墩,柔性横系梁双柱墩的墩顶最大塑性位移比单柱墩略小,可按单柱墩位移延性能力计算公式计算其墩顶位移延性能力.     

钢套管混凝土加固RC柱轴压受力全过程分析

对9个钢套管混凝土加固RC方柱和1个RC对比柱进行轴心受压试验,试验结果表明采用钢管混凝土加固后,RC柱的承载力平均提高3.65～5.39倍,破坏形态呈延性破坏,破坏后荷载仍然可以保持在较高水平.基于钢套管混凝土加固RC方柱轴压试验的研究结果,合理选择材料本构关系、钢-混凝土界面接触关系和混凝土单元破坏的准则,采用有限元软件ANSYS建立加固柱轴心受压力学模型,对轴压作用下加固柱的受力全过程进行计算分析.通过对比试验测得的和计算的试件承载力和荷载-纵向变形全过程曲线,发现二者吻合良好,最大误差仅为5%.在此基础上,利用被验证的有限元计算模型,对试件各个组成部分的应力分布和应力发展规律进行分析.结果表明,试件各个组成部分在加载初期持荷比例基本不变;随着荷载的继续增加,钢管对原RC方柱和后浇筑混凝土产生明显的约束作用,使其峰值应力明显超过单轴抗压强度,钢管持荷比例小幅度减小,而混凝土持荷比例小幅度增大;当试件达到承载力之后,由于钢管的硬化和混凝土被压碎,钢管持荷百分比增大.     

方形钢管约束下核芯混凝土的本构关系

分析了方形钢管混凝土在轴压下的受力机理,将钢管对混凝土的约束作用等效为有效侧向应力,借鉴典型的约束混凝土本构模型,提出了方形钢管约束的核芯混凝土的等效单轴受压本构关系。基于试验结果,讨论确定了所提出的本构关系的几个关键参数和强度指标,即峰值应变修正系数、钢管有效侧向压应力系数、峰值时钢管的横向应力等。采用建议的本构关系计算了轴压下方形钢管混凝土短柱的荷载－应变全过程曲线,计算结果与试验结果吻合良好。建议的本构关系可以用于评估方形钢管混凝土短柱的极限承载力和延性。