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...     

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。     

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.     

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...     

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.     

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.     

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.     

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.     

预应力钢板带加固砖砌体墙抗震性能试验研究

为了改善正交钢板带加固砖砌体墙的应力滞后问题,提出在横向钢板带中施加预拉应力,并进行了5片墙体的低周往复荷载试验,得到试件的破坏过程,分析其滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度和延性.结果表明:预应力钢板带加固砖砌体墙能够有效地提高其抗震性能;横向钢板带中的预应力水平在适当范围内提高时,能进一步提高试件的承载力,且对开裂点抗侧刚度几乎无影响,但延性有所下降;提高墙体的负荷水平,试件的承载力和抗侧刚度均增加,延性有小幅下降;当墙体的高宽比提高至1时,加固效果相对较差.此外,基于横向钢板带中应变发展规律的分析,可以发现施加预应力能有效提高材料的利用率.最后,给出了预应力控制的建议值和抗剪承载力计算公式.     

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.     

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。     

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.     

部分填充混凝土薄壁带肋箱型钢桥墩拟动力试验

为研究部分填充混凝土的薄壁带肋箱型截面钢桥墩在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力性能,制作3根试件,分别不填充混凝土、底部填充20%及40%桥墩高度混凝土,通过MTS伺服加载系统进行此类试件的拟动力试验。试验采用日本阪神地震的JRT-NS波,得到不同工况下试件的位移时程曲线、荷载-位移滞回曲线和累积滞回耗能时程曲线。结果表明:多遇地震作用下,试件均处于弹性工作状态;罕遇地震作用下,底部填充混凝土的钢桥墩处于弹塑性状态,没有明显的破坏现象,表现出良好的抗震性能;对于试验采用的钢桥墩试件,随着底部塑性铰区域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,桥墩的结构刚度、水平承载能力、最大响应位移、残留位移、耗能能力等抗震性能指标都随之得到显著改善。     

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.     

大跨度斜拉桥耗能型辅助墩抗震性能试验研究

结构损伤控制概念是指通过容易替换的牺牲构件在地震中发生塑性变形耗散地震能量,同时主要构件保持弹性或发生轻微的损伤.针对大跨度斜拉桥的抗震性能主要依靠结构体系的特点,提出了通过牺牲辅助墩耗散地震能量,从而减轻主塔损伤的控制策略.为了研究辅助墩的抗震性能,对3个大比例的钢筋混凝土空心矩形截面模型进行拟静力试验.第一个试件是原设计的单柱墩,另外两个试件是双柱墩,墩柱之间通过耗能构件剪切型连杆或屈曲约束支撑连接.对反复荷载作用下试件的破坏形态、滞回曲线、位移延性和耗能能力、骨架曲线及刚度退化、耗能构件的变形能力等作了对比分析.结果表明,与单柱墩相比,耗能构件增加了双柱墩的刚度和强度,能够提高双柱墩的抗震性能.     

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.     

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.     

高强箍筋约束混凝土桥墩的抗震耗能分析

利用有限元软件ABAQUS对8根分别配置PC钢棒或HRB500级钢筋作箍筋的高强混凝土桥墩进行了低周反复水平荷载下的抗震性能仿真分析,研究其滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、累积滞回耗能、能量延性系数等的变化规律.进一步探讨轴压比、配箍种类、箍筋间距、混凝土强度等对桥墩抗震性能的影响,结果表明:模拟结果与文献试验结果吻合良好,验证了有限元模拟的正确性;PC钢棒或HRB500级钢筋作高强箍筋约束高强混凝土在低周反复水平荷载作用下的滞回曲线均较饱满,滞回环包络面积大,延性和耗能能力好,且相比之下PC钢棒的抗震性能更为优越.     

锈蚀钢筋混凝土墩柱的双向拟静力试验

为探讨钢筋锈蚀对混凝土桥墩抗震性能的影响,对2组共10个具有不同锈蚀率的钢筋混凝土墩柱模型进行双向拟静力试验,得到在两个不同轴压比下、钢筋不同腐蚀程度时的滞回曲线.分析了钢筋锈蚀率和轴压比对墩柱模型承载力、刚度、位移延性和滞回耗能等的影响,给出墩柱模型的骨架曲线和刚度退化曲线.结果表明,钢筋锈蚀在一定程度上可改变钢筋混凝土墩柱的破坏形态,尤其是在较大的轴压比下;钢筋锈蚀对钢筋混凝土墩柱的水平承载力和位移延性均有较大影响.