竖向地震动对带缝RC框架抗震性能影响的数值研究

为研究竖向地震动对带施工缝RC框架结构抗震性能的影响,对7~9度区分别设计了4层规则框架结构,并对各框架结构建立考虑施工缝影响的数值模型,进行只输入水平地震波与同时输入水平和竖向地震波的非线性动力时程分析。对结构的顶点最大位移、层间位移角平均值以及塑性铰分布规律进行了对比,结果表明,竖向地震动对各烈度区带缝RC框架顶点最大水平位移的影响规律并不一致,可能使其增大或减小,主要取决于柱轴压比的变化规律。考虑竖向地震动影响会使各烈度区带缝框架的层间位移角增大,其中7度区框架的最大层间位移角超出了规范限值,9度区框架的层间位移角分布发生变化。竖向地震动会使构件端部提前出现塑性铰,并且柱端更容易出现塑性铰,梁端出铰较少。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为了提高钢筋混凝土柱的抗震性能,考虑在其潜在的塑性铰区采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土。设计6个剪跨比为3、柱内箍筋配置较少的钢筋混凝土柱试件,其中5个试件的潜在塑性铰区采用了FRC,另外1个试件的潜在塑性铰区未采用FRC,并对其进行拟静力试验。通过改变FRC区高度和强度以及柱轴压比,观测试件在低周反复水平荷载作用下的裂缝开展和破坏过程,研究其滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,塑性铰区采用FRC且柱内箍筋配置较少的柱,其破坏形态为纵向受力钢筋屈服后的剪切破坏,具有较好的变形能力和损伤容限;在材料强度、柱轴压比不变时,FRC区高度增加1倍,位移延性系数、极限位移角分别提高45%和21%,耗能能力提高81%;局部使用FRC可以减少约束箍筋和抗剪箍筋用量。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为了提高钢筋混凝土柱的抗震性能,考虑在其潜在的塑性铰区采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土。设计6个剪跨比为3、柱内箍筋配置较少的钢筋混凝土柱试件,其中5个试件的潜在塑性铰区采用了FRC,另外1个试件的潜在塑性铰区未采用FRC,并对其进行拟静力试验。通过改变FRC区高度和强度以及柱轴压比,观测试件在低周反复水平荷载作用下的裂缝开展和破坏过程,研究其滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,塑性铰区采用FRC且柱内箍筋配置较少的柱,其破坏形态为纵向受力钢筋屈服后的剪切破坏,具有较好的变形能力和损伤容限;在材料强度、柱轴压比不变时,FRC区高度增加1倍,位移延性系数、极限位移角分别提高45%和21%,耗能能力提高81%;局部使用FRC可以减少约束箍筋和抗剪箍筋用量。     

L形钢管混凝土框架结构抗震性能试验研究

为了探讨L形钢管混凝土柱 钢梁框架的抗震性能,进行了4个1/2.5缩尺比例两层单跨L形钢管混凝土柱 钢梁空间框架的拟静力试验研究,主要考察了柱轴压比（n=0.4,0.6）、加载方向（β=0°,45°）对试件抗震性能的影响,对结构的破坏形态、破坏机制、滞回曲线、结构塑性铰出现的位置及次序、位移延性和耗能能力等性能进行了研究。试验结果表明：结构的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰,然后柱脚核心混凝土开裂压碎,钢管屈曲,形成塑性铰,节点核心区没有出现破坏现象,满足“强柱弱梁、强节点”的抗震设计要求;结构的滞回曲线呈饱满的梭形,强度和刚度退化不明显,变形能力和耗能能力较强;结构的延性较好,正向和反向的位移延性系数均大于4.0;轴压比对结构的抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,框架的位移延性和耗能能力降低。     

弯扭复合作用下RC圆形桥墩滞后性能及模型研究

多维地震作用下,斜交桥和曲线桥梁等非规则桥梁的钢筋混凝土(RC)桥墩受到轴压、弯曲、剪切和扭转复合作用,特别是在扭转作用,引起非规则桥梁RC桥墩弯剪失效,从而影响桥梁结构的抗震性能。为了阐明弯曲和扭转耦合作用对RC圆形桥墩滞后性能的影响,对扭弯比不同的12个RC圆形桥墩进行循环试验研究,评价弯扭相互作用对RC桥墩抗弯性能和抗扭性能的影响,并基于试件的破坏特征以及力和位移关系等试验结果,建立能够预测弯扭相互作用下RC桥墩滞后性能的恢复力模型。结果表明,弯扭相互作用降低了RC桥墩的抗弯和抗扭承载力,桥墩的变形特征和失效模式发生了改变,损伤破坏区域要高于弯曲塑性铰长度区域。提出的考虑扭弯比影响的RC桥墩的弯曲恢复力模型和扭转恢复力模型,可以较好预测弯扭相互作用下RC圆形桥墩的滞回性能。     

型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点的滞回性能,以柱截面配钢形式、轴压比、水平加载角度及 有无楼板参与工作为变化参数,进行4个平面和7个空间L形柱-混凝土梁框架节点的拟静力试验;比较分析试件的 破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、耗能能力、位移延性以及层间位移角等抗震性能指标。研究结果表 明：平面节点和空间节点的破坏形态分别为核心区发生剪切破坏和梁端出现塑性铰,带楼板工作的钢筋混凝土梁 柱空间节点出现板的弯曲破坏以及梁底出现塑性铰的破坏模式;配实腹式型钢试件的滞回曲线比配空腹式型钢试 件的饱满;平面节点的承载能力比空间节点的大,但耗能能力、位移延性及抗倒塌能力均不及空间节点;楼板的 存在对节点承载能力的提高和维持刚度的稳定均具有有利作用;轴压比可提高节点的承载力和初始刚度;L形柱 框架节点的层间变形能力大于规范规定的层间位移角限值。通过引入加载角度,提出了型钢混凝土L形柱-梁空间 节点受剪承载力计算模型,其能较好地反映节点核心发生剪切破坏的传力机制。     

人工气候环境下锈蚀RC框架柱抗震性能试验研究

通过人工气候环境模拟技术模拟近海大气环境,对6根剪跨比为5的RC框架柱试件进行了加速腐蚀,并对腐蚀后试件进行拟静力加载试验,研究不同钢筋锈蚀程度和轴压比对锈蚀RC框架柱承载能力、变形能力和耗能能力等抗震性能指标的影响。结果表明:锈蚀程度较严重的试件,加载过程中柱底部水平裂缝数量较少,裂缝之间的间距较大,裂缝宽度较宽;随锈蚀程度的增加,试件的承载力、变形能力和耗能能力均有不同程度的退化,由塑性铰区弯曲变形引起的柱顶水平位移占柱顶总水平位移的比例逐渐减小;当锈蚀程度相同时,随轴压比的增大,试件破坏形态由大偏心受压破坏转变为小偏心受压破坏,试件承载力先增大后减小,而变形能力和耗能能力逐渐减小,由塑性铰区弯曲变形引起的柱顶水平位移占柱顶总水平位移的比例呈下降趋势。     

高轴压比CFRP约束钢筋混凝土圆柱抗震性能试验与有限元分析

为研究高轴压比下FRP约束钢筋混凝土圆柱的抗震性能,对6根碳纤维约束钢筋混凝土圆柱及2根对比柱进行伪静力试验。结果表明:塑性铰区包裹碳纤维可显著改善高轴压比柱的抗震性能,轴压比较高时不应忽略箍筋对核心混凝土的约束贡献。基于OpenSees中的纤维模型,对柱水平力-位移滞回曲线进行有限元模拟。轴压比小于0.45时,数值模拟与试验结果吻合较好;轴压比大于0.45时,考虑核心混凝土受箍筋及FRP双重约束的计算结果与试验结果更为接近。分析轴压比、FRP包裹长度等参数对约束柱抗震性能的影响,轴压比大于0.6时,FRP约束混凝土圆柱的水平承载力开始降低;FRP在塑性铰区的包裹长度为1.2倍柱直径时,可达到与全柱包裹相当的效果。     

钢筋混凝土框架基于位移的抗震设计

钢筋混凝土RC框架基于位移的抗震设计需要解决三个问题:确定大震作用下框架的层间位移角要求;框架的弹塑性层间位移与梁、柱、节点区变形之间的关系;通过量化的抗震构造措施实现梁、柱的变形能力。本文用特征延性谱法确定规则RC框架的层间位移角要求;通过框架节的侧移解构规则,建立了弹塑性状态下框架层间位移与构件变形的关系;建立了柱的目标侧移角与轴压比和配箍特征值、梁的目标侧移角与配箍特征值的关系。通过算例,介绍了采用本文方法进行RC规则框架设计的过程:并用弹塑性时程分析验证了本文方法的可行性。     

Experimental study on seismic behavior of different seismic grade RC columns

通过9个剪跨比为4的钢筋混凝土（RC）柱试件的拟静力试验,研究不同抗震等级RC柱的抗震性能及水平力循环次数对其抗震性能的影响。结果表明：试件的破坏形态为压弯破坏,顶点水平力 位移滞回曲线比较饱满,极限位移角为1/48~1/32。抗震等级相同的RC柱,其抗震性能差别不大,但轴压比高的RC柱的极限位移角略小、破坏程度略为严重;配箍特征值相同时,抗震等级高的RC柱的弹塑性变形能力大于抗震等级低的RC柱。位移角为1/50时,水平力循环次数对试件的承载力退化、割线刚度退化及破坏程度影响不显著;位移角为1/30时,水平力循环次数增加,试件的承载力退化、割线刚度退化幅度增大,破坏加重。     

Reliability-based capacity design for reinforced concrete bridge structures

In the seismic design of reinforced concrete (RC) bridge structures, there should be no brittle failures, such as shear failures, in the components, and a plastic hinge should be formed at the bottom of the bridge pier. These are important concepts in capacity design to guarantee the safety of bridges subjected to severe earthquakes. These concepts can maximise post-event operability and minimise the cost of repairing bridges after a severe earthquake. In this article, a reliability-based methodology to carry out capacity design with partial factors is proposed and applied to the seismic design of RC bridge structures. This ensures that (i) all of the components undergo the desired ductile failure mode, (ii) the damage due to an earthquake is induced only at the bottom of the bridge pier and (iii) the probability of failure is at most equal to a specified value.     

跨越山谷高墩混凝土桥地震倒塌分析

高墩桥在中国西部多山谷地区得到广泛的应用,然而对其抗震性能的研究并不充分,我国尚没有确立相关的分析设计方法与规范,因此对其进行非线性地震响应分析乃至倒塌分析以便研究其地震破坏模式是十分有意义的。本文以贵州省高速公路上跨越山谷的某大桥为例进行了研究。该桥是一座处于典型西部地区山地、桥体为双向分离的曲线T型刚构高墩混凝土桥。本文在对全桥进行动力特性分析的基础上,采用有限元软件LS-DYNA进行了全桥非线性时程响应分析,考虑桥体的碰撞,得到塑性铰形成与发展状况以及破坏模式,实现了对全桥倒塌过程的仿真。本研究结果对类似桥梁的抗震设计提供了有益的参考。     

碳纤维增强复合材料约束矩形空心墩抗震性能试验研究

为了研究纤维增强复合材料(FRP)约束钢筋混凝土(RC)空心截面桥墩的抗震性能,对水平单向和双向荷载作用下,剪跨比分别为4和8的CFRP约束RC矩形空心墩进行拟静力试验。分析不同试件的破坏形态、滞回曲线、水平力和位移延性。结果表明:通过CFRP布环包约束试验空心墩的塑性铰区,可降低墩柱的破坏位置、减轻损伤程度,并改变剪跨比较小墩柱的破坏形态;明显改善水平双向荷载作用下剪跨比较大矩形空心墩的滞回性能和延性,但是对水平力的提高小于20%。     

钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法

通过改进能力谱法,给出了一个可以实现“小震不坏、中震可修和大震不倒”多级性能目标的钢筋混凝土桥墩直接基于位移的抗震设计方法。首先以钢筋和混凝土的应变幅值建立了钢筋混凝土桥墩不同破损极限状态的量化准则,并基于曲率延性系数和位移延性系数关系转化为墩顶位移的表述形式。再以屈服位移和位移延性系数作为设计参考变量,采用屈服谱加速度和屈服位移(Ay-Dy)格式的地震需求谱求解系统在不同风险水平地震作用下的反应。最后以能力设计原理保证桥墩截面的抗剪强度需求。通过一个具体设计算例说明了建议方法的可行性。     

车辆撞击作用下RC桥墩动力响应

采用LS-DYNA建立了钢筋混凝土(RC)桥墩水平撞击有限元模型,简要介绍了有限元建模技术及相关参数的取值,并通过与水平撞击试验结果进行对比,验证了目前较为常用的2种混凝土本构模型和钢筋本构模型的有效性,进而验证了有限元结果的有效性,并进一步研究了桥墩在等代车辆撞击作用下的破坏机理,分析了与桥墩动力响应和损伤程度有关的影响参数。结果表明:对于水平撞击试验而言,采用MAT_SCHWER_MURRAY_CAP_MODEL(145^#)混凝土和MAT_PLASTIC_KINEMATIC(3^#)钢筋材料模型构建的有限元模型能够更加准确地反映RC桥墩在等效车辆撞击作用下的动力特性、剪切破坏模式和损伤分布; 在等代车辆撞击作用下,混凝土的损伤累积主要集中于墩底剪切带处,而桥墩其他部位的混凝土未出现明显损伤累积; 参数分析结果表明,增大撞击质量能够显著增大撞击荷载峰值、桥墩变形和损伤程度; 提高撞击位置会使桥墩破坏模式由局部剪切破坏转变为整体弯曲(或弯剪)破坏; 在相同撞击冲量下,撞击荷载峰值、桥墩变形和耗能会随撞击速度增加而增大。     

Time-dependent seismic fragility curves on optimal retrofitting of neutralised reinforced concrete bridges

The neutralisation (carbonation) of concrete usually results in material deterioration of a reinforced concrete (RC) bridge, so that the seismic capacity of the structure tends to degrade over time. This paper determined the deteriorated plastic hinge properties of the neutralised RC bridge column and performed the pushover analysis to obtain the decayed seismic capacity curves. As a result, the time-dependent fragility curves with respect to some representative damage levels can be established and the possible seismic loss can be expressed as a function of service time.

The S-surfaces representing retrofitting cost versus service time for a neutralised RC bridge subjected to different earthquake levels were determined quantitatively in a case study. Throughout the whole life-cycle of a bridge, critical service times corresponding to dramatically increased slopes in the S-surface associated with cost elevations can be identified to assist in the development of a financially optimised strategy for timely seismic retrofitting.     

浅论强震动下钢筋混凝土桥墩的残余抗剪强度

讨论了钢筋混凝土桥墩在强震动作用下的剪切机理 ,提出强震动作用下混凝土桥墩塑性铰区截面残余抗剪强度的概念。在评述了国外主要地震国家现行的规范公式的基础上 ,提出对国内现行规范关于强震动作用下钢筋混凝土桥墩抗剪验算的改进建议。     

Parametric study of seismic performance of super-elastic shape memory alloy-reinforced bridge piers

One of the important measures of post-earthquake functionality of bridges after a major earthquake is residual displacement. In many recent major earthquakes, large residual displacements resulted in demolition of bridge piers due to the loss of functionality. Replacing the conventional longitudinal steel reinforcement in the plastic hinge regions of bridge piers with super-elastic shape memory alloy (SMA) could significantly reduce residual deformations. In this study, numerical investigations on the performance of SMA-reinforced concrete (RC) bridge bents to monotonic and seismic loadings are presented. Incremental dynamic analyses are conducted to compare the response of SMA RC bents with steel RC bents considering the peak and the residual deformations after seismic events. Numerical study on multiple prototype bridge bents with single and multiple piers reinforced with super-elastic SMA or conventional steel bars in plastic hinge regions is conducted. Effects of replacement of the steel rebar by SMA rebar on the performance of the bridge bents are studied. This paper presents results of the parametrical analyses on the effects of various design and geometric parameters, such as the number and geometry of piers and reinforcement ratio of the RC SMA bridge bents on its performance.     

钢筋混凝土桥墩纵筋非线性失稳长度计算方法

为了评估钢筋混凝土桥墩的极限水平位移，根据塑性铰区变形特性，合理确定塑性铰区长度是非常重要的。本文基于有限元分析，从理论上给出了桥墩根部纵筋失稳时的长度，并与实验结果进行了比较。通过纵筋失稳分析结果，提出了考虑到材料非线性时桥墩纵筋失稳长度的简化表达式。     

A simple quantitative approach for post earthquake damage assessment of flexure dominant reinforced concrete bridges

Conventional methods for displacement based condition assessment of bridges solely rely on the maximum level of displacements experienced by the piers, and do not take into account the accumulated damage that result from cyclic loading. More advanced approaches take this into account by considering the structural damage as a linear combination of the normalized maximum displacements and hysteretic energy. Computation of the dissipated hysteretic energy requires monitoring of the lateral forces during the seismic events, which are not as practical as monitoring bridge pier deformations. This article reports on the development of a simple damage assessment method that considers the effect of cyclic loading on the state of damage and it is merely based on monitoring the bridge pier deformations. A fiber optic displacement serial array was designed for measuring the crack opening displacement reversals at the plastic hinge areas.