采用预应力筋进行RC桥墩地震损伤控制的试验研究

为评价采用预应力筋进行钢筋混凝土桥墩地震损伤控制的有效性,设计6个竖向配置无粘结预应力筋和1个无预应力筋的钢筋混凝土桥墩试件,并分别进行了固定轴力下的拟静力加载试验。详细对比各试件的抗震性能并重点关注试件混凝土开裂和残余位移等地震损伤情况。结果表明,在桥墩试件中配置竖向预应力筋可有效减少其裂缝宽度和残余位移,提高试件的承载力和抗弯刚度,但在一定程度上降低了试件的耗能能力;确保预应力筋不拉断或松弛是桥墩地震损伤控制设计的关键;增加预应力筋初始应力,可减少桥墩的裂缝宽度,减少试件的延性和耗能能力,但对试件的残余位移和刚度退化影响不明显;改变预应力筋的位置对桥墩裂缝宽度、残余位移、延性及耗能能力、刚度退化等均未产生明显影响。     

考虑残余位移影响的梁式桥基于性能的抗震设计

以我国现行的桥梁抗震设计规范为依据,合理地选取4类场地320条强震记录,统计出适用于我国梁式桥抗震设计的弹塑性位移谱和残余位移谱,并改进正规化累积耗能参数,得到基于损伤性能指标的等效位移延性系数,并以此对桥梁的地震损伤模型进行探讨。在此基础上,提出考虑残余位移影响的梁式桥基于性能的抗震设计方法,并给出具体算例,其非线性时程分析的结果表明:该方法综合考虑了结构的变形和耗能能力,可有效地控制桥墩的首超破坏、塑性累积损伤以及震后残余位移,适用于我国短周期、低延性的一般规则梁式桥的中、低矮桥墩的抗震设计。     

基于性能的钢混框架结构多元模糊地震损伤评估

考虑了基于性能设计的位移和能量等多种因素，利用整体损伤指数、最大层问位移角、滞回耗能循环次数和楼层能量集中系数定义了钢筋混凝土框架结构三水准抗震设计的地震损伤性能目标。运用模糊数学中的综合评判方法确定多因素与模糊损伤集合的关系，建立了钢筋混凝土框架结构在地震作用下的多重模糊损伤评估方法。该方法可通过结构推覆分析和能力谱方法实现，并具有准确简单实用的效果。     

预制拼装混凝土桥墩抗震性能拟静力循环加载试验

为了研究预制拼装桥墩与整体现浇桥墩抗震性能方面的差异,以常见城市高架桥为工程背景,制作完成了3个缩尺比为1∶3.5的试件模型,进行了整体现浇桥墩和无粘结预应力钢绞线预制拼装桥墩拟静力循环加载试验。通过给墩顶施加强迫往复位移,从5个方面研究了预制拼装桥墩与整体现浇桥墩抗震性能的差别,并对试验结果进行了纤维模型计算分析。结果表明:无粘结预应力预制拼装混凝土桥墩混凝土破坏轻微,耗能能力较弱,残余位移小,适合低烈度地区;无粘结预应力带耗能钢筋预制拼装混凝土桥墩墩底混凝土有明显压碎,耗能能力强,残余位移相对于钢筋混凝土现浇桥墩较小,适合中高烈度地区。     

钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计方法的耗能需求计算与设计流程

基于“强墙肢弱连梁”合理耗能机制控制的前提,提出钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计的实施流程。基于大量钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例的弹塑性时程分析结果,给出了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各构件累积耗能需求的实用计算方法,包括结构总累积耗能EH,EH 在连梁、墙肢和框架梁中的分配,各类构件累积耗能沿楼层高度的分布,同层同类构件的累积耗能分配。结合合理的构件损伤评价模型,建议了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各类构件的能力设计方法,将基于能量抗震设计方法落实到构件层次。最后,通过一个20层钢筋混凝土框架 剪力墙结构算例,说明了所建议的基于能量抗震设计方法的具体应用。与时程分析结果的比较表明,所建议方法的构件耗能需求计算结果与时程分析结果吻合较好,且偏于安全。     

钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计方法的耗能需求计算与设计流程

基于"强墙肢弱连梁"合理耗能机制控制的前提,提出钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计的实施流程。基于大量钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例的弹塑性时程分析结果,给出了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各构件累积耗能需求的实用计算方法,包括结构总累积耗能E H,E H在连梁、墙肢和框架梁中的分配,各类构件累积耗能沿楼层高度的分布,同层同类构件的累积耗能分配。结合合理的构件损伤评价模型,建议了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各类构件的能力设计方法,将基于能量抗震设计方法落实到构件层次。最后,通过一个20层钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例,说明了所建议的基于能量抗震设计方法的具体应用。与时程分析结果的比较表明,所建议方法的构件耗能需求计算结果与时程分析结果吻合较好,且偏于安全。     

基于双重破坏准则的高墩大跨曲线连续刚构桥抗震性能研究

为了在高墩大跨曲线连续刚构桥抗震性能分析中综合考虑变形及能量两方面因素,本文提出基于双重破坏准则并结合钢筋混凝土损伤理论的结构抗震性能评估方法。通过MIDAS与ABAQUS通用有限元软件对一座曲率半径为1500m的预应力混凝土曲线连续刚构桥进行抗震性能分析,研究其在不同地震波及不同激励方向下的动力响应,并得到结构在各工况下的抗震耗能能力安全系数。研究结果表明:基于双重破坏准则的结构抗震性能评估方法能够简便、直观地反映出高墩大跨曲线连续刚构桥抗震耗能能力大小与安全储备。可为今后桥梁结构抗震性能的分析提供参考。     

采用新型辅助墩的超大跨斜拉桥顺桥向损伤控制新体系研究

以一座试设计斜拉桥为例,采用动力弹塑性时程分析并以Park损伤指数、位移作为评价指标,研究采用辅助墩的斜拉桥顺桥向结构体系的抗震性能,并探讨不同型式桥墩对其抗震性能和损伤控制效果的影响。结果表明:采用新型辅助墩的超大跨斜拉桥顺桥向结构体系具有更好的抗震性能和损伤控制效果,且具有分层耗能机制,即附加的耗能构件可有效减缓辅助墩的地震损伤,辅助墩又可有效减缓主塔的地震损伤;附有剪切连杆的新型桥墩的抗震性能优于传统型桥墩,剪切连杆不仅可提高桥墩的刚度,而且可有效减小其地震损伤,起附加耗能作用。     

钢筋混凝土桥墩位移延性系数概率分析

为了实现桥梁结构基于性能抗震设计多等级性能目标,需要给出桥梁关键构件达到各级性能水平的概率。将钢筋混凝土桥墩抗震性能水平划分为四个等级,并从桥墩物理损伤角度给出各性能水平的控制条件。基于183个矩形和77个圆形桥墩拟静力试验结果,采用统计分析的方法得到各性能水平下位移延性系数统计特征值。采用K-S方法,对位移延性系数概率分布模型进行检验。结果表明,在5%重要性水平下概率分布模型服从对数正态分布。研究结果可用于钢筋混凝土桥墩易损性计算。     

耗能钢筋配筋率对圆形自复位空心桥墩抗震性能影响分析

为了进一步研究自复位桥墩的抗震性能,基于有限元软件ABAQUS建立圆形自复位空心桥墩模型。对模型施加低周往复荷载,进行拟静力分析。以耗能能力、极限位移、屈服荷载、极限荷载、屈服位移为研究目标,对比分析在不同耗能钢筋配筋率(分别为0.2%,0.22%,0.24%,0.26%,0.28%,0.30%)下自复位空心桥墩的的抗震性能。结果表明,圆形自复位空心桥墩可有效减小残余位移;随着耗能钢筋配筋率的增加,自复位桥墩屈服位移保持不变,屈服荷载、桥墩耗能能力逐渐增大;当耗能钢筋配筋率超过0.28%时,桥墩耗能能力提升趋势、极限位移下降趋势有所减缓;为避免耗能钢筋失效,桥墩产生过大残余变形,同时保证自复位空心桥墩抗震性能,耗能钢筋配筋率宜控制为0.24%～0.28%。     

预应力节段预制拼装桥墩抗震性能研究综述

为进一步推动预应力节段预制拼装桥墩在高烈度区桥梁工程中的应用,从自复位能力、耗能能力、底节段容许损伤能力和基于性能的抗震设计方法4个方面系统梳理和总结了各国学者开展的相关研究,并指出了当前研究存在的问题以及未来的发展方向。结果表明:无粘结预应力筋能提供更好的自复位能力,桥墩震后残余变形很小;相对于现浇桥墩,该形式桥墩耗能能力较差,需要设置专门的耗能装置,其中外置耗能装置震后可更换,更值得推广;预应力节段预制拼装桥墩鲁棒性差,必须注意提高底节段容许损伤能力;针对预应力节段预制拼装桥墩的基于性能抗震设计才刚刚起步,需要进一步发展。     

钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计方法的耗能机制控制

对结构进行合理的耗能机制控制是实现其基于能量抗震设计的前提。根据我国现行规范设计了多个不同参数的钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例,并利用多条强震记录进行弹塑性时程分析,定量研究联肢剪力墙整体系数α、剪力墙截面轴向变形影响系数TZ、框架-剪力结构刚度特征值λ等3个参数对其耗能机制的影响,结果表明：对于一定的TZ,需控制α不超过相应的界限值才能使钢筋混凝土框架-剪力墙结构形成“强墙肢弱连梁”的合理耗能机制,而λ的变化不会改变结构耗能机制类型。在此基础上提出了由联肢剪力墙整体系数α和截面轴向变形影响系数TZ表达的钢筋混凝土框架-剪力墙结构耗能机制控制的具体设计条件,并通过水平分缝连梁的算例验证了该控制条件的有效性。     

钢筋混凝土梁变幅滞回耗能能力衰变规律试验研究

在基于能量的结构性能设计方法中,需要根据耗能需求对构件进行能力设计,而了解位移历程和配筋状况对构件滞回耗能能力的影响规律是实现这一步骤的基础。通过对22根钢筋混凝土梁试件分别采用稳态变幅加载和任意变幅加载,分析位移历程、配箍率和配筋率的变化对钢筋混凝土梁滞回衰变规律的影响。研究表明,常幅滞回条件下,增加配箍率能够延缓钢筋混凝土梁滞回耗能能力的衰变过程,其延缓效果随滞回幅值的增大而降低;配筋率的变化对构件耗能能力的衰变过程未见规律性的影响;相对于配箍率与配筋率,滞回位移幅值的影响更为明显且更具规律性,滞回位移幅值越小,构件衰变至稳定的过程会更快,而衰变稳定后的残余耗能能力将更高。变幅滞回条件下,钢筋混凝土梁在某个半滞回的耗能能力决定于历史最大位移和已累积耗散的滞回能量,即钢筋混凝土梁的滞回耗能能力受最大历史位移和累积耗能的双控。基于这一双控规律,通过量化箍筋与滞回位移幅值对构件滞回耗能能力衰变的影响,提出了钢筋混凝土梁变幅滞回耗能能力的估计方法。     

Seismic performance of precast hollow bridge piers with different construction details

Currently the design scheme of precast hollow concrete bridge piers will be adopted in bridge design in China, but there is no code including specific design details of precast segmental piers in high seismic risk area. For comparative study of seismic performance of the hollow bridge piers which had different design details, six specimens of hollow section bridge pier were designed and tested. The specimens consist of the monolithic cast-in-place concrete bridge pier, precast segmental prestressed pier with cast-in-place joint and precast segmental concrete bridge pier with dry joints. Results show that all specimens have good displacement capacity. The bridge pier with bonded prestressed strands exhibits better energy dissipation capacity and higher strength. The un-bonded prestressed strand bridge pier displays less residual plastic displacement and energy dissipation capacity. The bridge pier with both bonded prestressed strands at the edge of the section and un-bonded in the center of the section not only exhibits more ductility capacity and less residual plastic displacement, but also shows better energy dissipation capacity. Compared with experimental results of prestressed bridge columns, analytical result demonstrates the developed numerical analysis model would provide the reasonable and accurate results.     

塑性铰区埋入高阻尼隔震橡胶层厚度的数值模拟分析

钢筋混凝土(RC)桥墩一旦出现塑性铰后,混凝土的破坏主要集中在塑性铰区域,而且塑性铰区混凝土的损伤及破坏程度在较大程度上影响RC桥墩的抗震性能。本文希望通过在RC桥墩塑性铰区域埋入橡胶层来提高其变形能力、增强延性和耗能能力,改善传统RC桥墩的抗震性能。基于橡胶、混凝土和钢筋的本构模型及承载力—变形理论,采用条带法,本文提出了不同轴压比、不同层间位移角所需要橡胶层厚度的计算方法,并编制了计算程序;分析得到了不同轴压比、不同层间位移角的RC柱中所需埋入的橡胶层的最小厚度,为确定RC柱塑性铰区所埋入橡胶层厚度提供参考。     

Damage index of reinforced concrete members based on the energy dissipation capability degradation

Based on the estimation method of the energy dissipation capacity of reinforced concrete members under variable amplitude displacement cycles, the damage quantitative index of reinforced concrete members based on the energy dissipation capacity degradation is proposed. This index can establish a quantitative relationship with the energy dissipation capacity requirements and material parameters (yield force, yield displacement, and stirrup ratio). To understand the performance classification criteria of reinforced concrete members under variable amplitude displacement cycles based on the damage quantitative index, nine reinforced concrete members with different reinforcement conditions were tested. It was found that the reinforced concrete members can be classified as undergoing no damage (0 < D_k ≤ 0.3), mild damage (0.3 < D_k ≤ 0.6), moderate damage (0.6 < D_k ≤ 0.7), severe damage (0.7 < D_k ≤ 0.8), and destruction (0.8 < D_k ≤ 1), where the five performance states are based on the damage quantitative index. The performance classification criteria were verified by 18 flexural failure specimens in the Pacific Earthquake Engineering Research Center database.     

不同结构形式墩柱耗能及变形能力的比较

为考察钢筋混凝土桥墩和钢管混凝土桥墩的抗震性能,基于相同的含钢率和轴压比,首次进行了两种不同结构形式的桥墩拟静力对比试验（试件包括2个钢管混凝土墩柱和1个钢筋混凝土墩柱）,并考察了轴压比对钢管混凝土桥墩抗震性能的影响。试验结果表明,相同含钢率和轴力情况下,钢管混凝土墩柱的耗能能力和变形能力都优于钢筋混凝土墩柱,前者的耗能能力约为后者的4.5倍,变形能力约为后者的1.4倍;随着轴压比的增大,钢管混凝土墩柱延性有所下降。     

Energy dissipation and damping effect analysis of rocking truss-BRB-steel frame system

在摇摆桁架-BRB-钢框架体系中设置BRB构件,以增强结构体系的耗能能力,控制并减轻结构的地震损伤。基于大震作用下的时程分析,对BRB构件的耗能量、能量时程曲线、累积位移系数以及结构层间位移集中系数进行了分析。结果表明：摇摆界面上的BRB构件滞回环饱满,在地震作用下能稳定地发挥耗能能力,各层BRB构件的屈服顺序以及耗能量的大小对该层的耗散地震能量的先后和大小影响较大,BRB构件累积位移系数随楼层数的增加而增大;摇摆桁架-BRB-钢框架体系侧向变形和结构损伤较原钢框架结构更加均匀,同时,BRB构件的耗能减震作用可提高结构体系抵抗地震损伤的可恢复性。     

撞击荷载下带吸能装置的钢筋混凝土桥墩动力响应研究

对带吸能装置的钢筋混凝土桥墩进行了落锤撞击荷载动力响应分析。根据伯努利-欧拉理论求解其振型,利用拉格朗日方程和落锤运动方程推导其弹性阶段的动力响应和吸能装置的位移时程表达式,从而求得桥墩的动内力。然后,将计算结果与承受轴力的侧向落锤撞击荷载试验结果进行对比,两者符合较好。这表明,本算法用来求解撞击荷载作用下带吸能装置的钢筋混凝土桥墩其弹性阶段的动力响应是可行的,因而具有一定工程应用价值。     

采用振动台阵的超大跨斜拉桥大比例全模型试验研究

强震作用下超大跨斜拉桥的结构响应与其结构体系密切相关,且受基础和场地土特性影响较大,然而目前为止,因试验条件和技术所限,尚缺乏相关的全桥模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计一座几何相似比为1/70、包括桩基础和场地土的全桥模型;采用振动台阵试验技术,研究El Centro波、人工波、Mexico City波等三种典型地震一致激励下不同结构体系的地震响应特性及影响机理,所研究的结构体系包括：纵向半漂浮体系、纵向弹性约束体系、以及本文作者提出的纵向辅助墩耗能体系和横向耗能体系;探讨不同纵向结构体系的抗震性能以及附加在上塔柱间的耗能构件对斜拉桥横向地震响应的控制效果。试验结果表明：土-结构相互作用对上部结构地震响应的影响不可忽视;主塔地震响应受高阶振型的影响明显;在PGA为0.4g以下的El Centro波和人工波、以及PGA为0.2g的Mexico City波作用下,结构响应仍处于弹性状态;纵向弹性约束体系和纵向辅助墩体耗能系可有效减小主塔位移和塔-梁间纵向相对位移响应,其中作者提出的纵向辅助墩耗能体系的抗震性能更好;附加耗能构件可有效降低主塔的弯矩应变响应,实现分散主塔受力和附加耗能作用,但对主塔加速度和位移响应的控制有限。