薄壁空心钢箱混凝土墩抗震性能参数分析

为了研究薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能,借助OpenSees软件建立有限元模型进行分析计算,将计算结果与试验结果进行比较以验证模型的有效性。在此基础上,建立薄壁空心钢箱混凝土桥墩模型,分析了不同轴压比、长细比、截面空心率、截面含钢率、混凝土抗压强度以及钢材屈服强度对该类型桥墩滞回曲线、刚度退化曲线以及滞回骨架曲线的影响规律。结果表明:薄壁空心钢箱混凝土墩具有良好的抗震性能;轴压比和长细比对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能影响较大,建议薄壁空心钢箱混凝土墩轴压比控制在0.5左右,并且在合理范围内尽量减小长细比;截面空心率和截面含钢率对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能有一定影响;在一定范围内,增大空心率与含钢率可提高桥墩抗震性能;材料强度等级对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能影响相对较小,削弱混凝土强度并增大钢材屈服强度可小幅提高其抗震性能;研究成果对薄壁空心钢箱混凝土墩在工程实践中的应用具有一定的指导意义。     

薄壁空心高墩局部及整体稳定性分析

薄壁空心高墩的稳定问题一直受到国内外工程界的广泛关注,因此采用杆系有限元MIDAS Civil对某一联四跨连续梁桥高墩进行内力分析。首先提取承载能力组合下某一高墩的顶部作用力作用于ANSYS实体单元模型;其次通过对不同壁厚桥墩的一阶屈曲模态与特征值的分析,给出局部失稳与整体失稳的临界条件;然后基于四边简支薄板弹性屈曲理论推导薄壁矩形截面空心墩的局部失稳临界应力计算,给出避免矩形截面空心墩发生局部失稳的截面宽厚比限值;最后考虑材料和几何非线性对空心高墩的整体稳定进行研究。     

内填部分混凝土箱形截面钢桥墩的滞回性能研究

首先,利用试验方法对内填部分混凝土箱形截面钢桥墩在承受水平反复荷载作用下的滞回性能进行研究,探讨翼缘宽厚比参数和混凝土填充率对钢桥墩滞回性能的影响。然后,采用弹塑性有限元分析方法,对试验结果进行数值模拟。研究结果表明,钢桥墩的延性随着翼缘宽厚比的减小和混凝土填充率的提高而得到显著提高。由数值模拟得到的试件的滞回曲线、钢板局部屈曲模态等,与试验结果吻合较好。     

薄壁钢板组合PEC柱(强轴)滞回性能试验研究

目前我国规范关于PEC组合柱构件及由此组成的结构体系方面的有关内容还基本空白,通过了解国际上在PEC组合柱研究领域的现状,对3个变化混凝土强度等级和拉结筋间距的薄壁钢板组合截面PEC柱足尺试件在恒定轴压下进行水平循环荷载的滞回性能试验。观测记录各个试件加载阶段的薄壁钢板组合截面翼缘的局部屈曲和混凝土裂缝开裂与压溃现象,得到构件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析构件的承载力、抗侧刚度、构件的抗震延性和破坏模式等力学性能。结果表明:试验试件具有较好的变形能力和耗散地震能的双重功效;构件的破坏模式为薄壁钢板组合截面翼缘发生局部屈曲,随之柱脚部位混凝土压溃和拉结筋屈服甚至拉断。研究进一步丰富了PEC柱研究成果,为PEC组合柱组成的结构体系规范制订和工程应用提供了合理的理论依据。     

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%。     

冷弯薄壁型钢C型构件压弯屈曲机理与滞回模型研究

对冷弯薄壁型钢C型构件进行竖向常轴力作用与水平循环荷载同时作用下的加载试验,以探索冷弯薄壁型钢C型构件滞回性能特点以及轴压比、截面宽厚比等参数对试件破坏行为的影响。基于截面应力分布规律和薄板屈曲理论,提出格构机理模型,试验和数值模拟结果验证了该模型的合理性;采用数值模拟方法,分析薄壁构件压弯屈曲机理,获得薄壁C型构件滞回曲线特征,总结影响其滞回性能的关键影响参数。研究表明:大轴压比对试件滞回性能有极大的削弱作用;过早出现的局部屈曲是薄壁C型构件破坏的关键原因;提出的滞回模型能够体现局部屈曲对构件滞回性能的影响。     

CFRP布加固RC空心桥墩的抗震性能

针对碳纤维增强聚合物(CFRP)布加固钢筋混凝土(RC)矩形空心截面桥墩的抗震性能问题,对8个CFRP加固的矩形空心桥墩试件体进行水平循环荷载作用下的抗震性能试验研究,分析CFRP试件体桥墩的破坏特征以及其弯曲延性、耗能以及滞回性能,并考虑到箍筋和CFRP的对核心混凝土的约束作用,提出一种考虑有效强度系数和面积配箍率的CFRP有效侧向约束力的简化计算方法。在此基础上,基于Open Sees程序中的纤维单元模型,分析CFRP加固RC矩形空心截面桥墩的侧向力和变形关系特性以及相关参数对其滞回性能的影响。研究结果表明,采用CFRP布加固可改变RC矩形空心墩柱的破坏形式和破坏位置,显著提高其耗能能力和延性,但对水平承载力影响较小。采用文中提出的CFRP有效侧向约束力的简化计算方法,可以较好地模拟CFRP约束RC矩形空心截面桥墩的侧向力和变形关系的滞回性能且计算效率高。     

冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构的抗震性能,对冷弯薄壁型钢边柱内置薄钢板剪力墙进行低周往复加载试验,对比不同边柱截面厚度及截面形式对其抗震性能的影响。试验中得到了冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、荷载及位移特征值,并对结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载力及刚度退化进行分析。结果表明:冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;增加边柱截面厚度及选用帽形边柱均可提高剪力墙的承载力、刚度及耗能性能。计算3个试件受剪承载力设计值和弹性抗侧刚度,其值均高于常用冷弯薄壁组合墙体的;结合破坏特征提出冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙3个受力阶段;边柱对剪力墙破坏起控制因素,工程设计中应保证边柱承载能力,宜采用"强边柱、弱钢板"的设计理念。     

新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)滞回性能足尺试验研究

基于薄壁钢板组合截面PEC柱的研究成果,为更好满足受压构件双向等刚度原则和进一步改善薄壁钢板组合截面PEC柱的力学性能,提出采用翼缘卷边和设置外拉结板条的新型卷边钢板组合截面PEC柱。对变化拉结板条间距的3个卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)足尺试件在恒定轴压下进行水平循环荷载的滞回性能试验。观察记录了各试件加载过程中钢板组合截面翼缘局部屈曲和混凝土裂缝开展与压溃现象,得到试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析试件的承载力、抗侧刚度、构件抗震延性与耗能、变形规律和破坏模式等力学性能。结果表明:试验卷边PEC柱试件充分发挥了薄板局部屈曲后性能,具有良好的变形能力与耗散地震能的双重功效;构件的破坏模式为柱脚部位卷边钢板组合截面翼缘局部屈曲区域不断增加,柱脚混凝土压溃面积加大和拉结板条屈服。研究进一步丰富了PEC柱研究成果,为PEC组合柱设计规范的制订和工程应用提供了理论依据。     

冷弯薄壁型钢C型构件滞回性能

对7根冷弯薄壁型钢C型构件进行了竖向常轴力作用下,水平循环荷载加载试验,以探索冷弯薄壁型钢C型构件滞回性能特点及其影响因素。试验反映了轴压比、截面宽厚比对试件破坏形式,能量耗散等滞回性能相关参数的影响。还重点研究了组合效应对滞回性能的改善作用。试验结果表明：大轴压比对试件的滞回性能有极大的削弱作用;试件通过组合,滞回性能得到一定的改善。此外,建立了有限元数值模型,考虑几何和材料非线性,将分析结果与试验进行对比分析,验证了试验结果的正确性,得到过早出现局部屈曲是构件破坏关键原因的结论。最后,总结了冷弯薄壁型     

基底摇摆隔震桥墩振动台试验与数值模拟研究

为了研究不同构造形式的基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用下的响应规律和抗震性能，提出了设置高阻尼橡胶垫块和线性弹簧的两种基底摇摆隔震桥墩模型。通过振动台试验和数值模拟，对两种摇摆隔震桥墩的地震响应规律和抗震性能进行了对比研究。结果表明：两种基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用后，桥墩均没有出现严重的破坏，其破坏特征主要表现为限位钢板的弯曲变形和提离约束部件的移位，桥墩呈现出良好的抗震性能；两种基底摇摆隔震桥墩相对于传统桥墩能够显著降低墩顶加速度和墩底应变响应，但墩顶水平位移响应也会相应增加，在摇摆隔震桥墩的设计上，应将墩顶水平位移作为主要设计参数；提出了两种基底摇摆隔震桥墩改进的Winkler两弹簧数值计算模型，通过与振动台试验结果对比，证明了该模型能够较好地模拟两种基底摇摆隔震桥墩的摇摆行为及其地震响应规律。     

新型耗能体系在抗震结构中的应用

箱形截面钢桥墩广泛地用于高架桥中，通常，这些箱形截面的钢板具有较高的宽厚比，这就使得桥墩在大地震时很容易遭到破坏。为了改善这种钢桥墩的抗震性能，提出了一种通过能量被局部构件吸收的方法来提高整个结构的抗震能力，即把地震灾害控制在一些事先设计好的薄弱构件中，地震时，通过这些构件的破坏来吸收能量，在研究中，粘附于钢桥墩的低屈服点钢板被设计为薄弱构件，在地震时，通过低屈服点钢板的屈服来吸收能量，并保持桥墩一直为弹性。研究了低屈服点钢板的耗能特性，并提出了优化设计方法，这种新的设计概念及方法同样适合于房屋、厂户及高耸结构抗震设计。     

Seismic performance of new-type box steel bridge piers with embedded energy-dissipating shell plates under tri-directional seismic coupling action

Accurate numerical models are necessary to evaluate the seismic performance and load-bearing mechanism of new-type box steel bridge piers with embedded energy-dissipating shell plates under tri-directional seismic coupling action. Numerical simulations of seismic performance under six types of tri-directional seismic coupling action was conducted. The effects of this stress on the seismic performance of the new-type steel bridge piers was evaluated through analysis of damage mode, hysteresis curve, skeleton curve, stiffness and strength degradation characteristic, and energy-dissipating capacity. This study also compared the numerical analysis with experimental results in order to validate the accuracy of the proposed finite element model. Based on this model, the range of relevant parameters expanded and 88 numerical specimens were analysed for seismic performance, producing further information about the influence of thickness and curvature of the embedded shell plate, spacing of transverse stiffening ribs of the shell, axial compression ratio, and slenderness ratio. Results showed that tri-directional seismic coupling action significantly affects the specimen’s deformation capacity; the embedded shell plate effectively improves the piers’ load-carrying and deformation capacity; and the thickness of the embedded shell plate, width-to-thickness ratio of the wall plate, axial compression ratio, and slenderness ratio significantly affect the seismic performance of the new-type steel bridge piers. To promote the ease of seismic design of new-type box steel bridge piers, this study used theoretical analysis and numerical simulation to calculate equations for the minimum height of the energy-dissipating zone of the bottom embedded shell plate. Finally, formulas were also established to calculate the relevant stability bearing capacity and displacement ductility factor of the new-type steel bridge piers under tri-directional seismic coupling action in order to improve their seismic design.     

钢筋混凝土箱型柱抗震性能的试验研究

以配箍率和水平荷载加载角度为试验参数,通过对6个钢筋混凝土箱型墩试件施加常轴力以及水平反复荷载,研究水平荷载作用方向和配箍率对钢筋混凝土箱型墩抗震性能的影响。分析各试件的滞回曲线、骨架曲线、荷载退化曲线和刚度退化曲线等方面的特征,并得出了各试件的位移延性系数和耗能系数。结果表明:钢筋混凝土箱型墩具有较好的抗震性能,水平荷载加载方向角和配箍率是影响箱型墩抗震性能的重要因素。     

多点激励下高墩大跨桥梁抗震性能分析

基于OpenSEES平台,建立高墩大跨桥梁的弹塑性结构模型,对比分析在一致地震激励及行波输入下桥梁结构的地震反应特性,并对行波输入下高墩桥梁的破坏过程进行详细研究。分析结果表明,地震波频谱特性及地震动输入方式对桥墩的出铰位置和破坏顺序有较大影响;高墩的破坏主要表现为弯曲破坏,单墩墩顶截面出铰或达到极限状态往往先于墩底截面,设计时应引起重视。     

Higher-order mode effects on the seismic performance of tall piers

A comprehensive analysis was conducted to investigate the seismic performance of a typical tall bridge pier through incremental dynamical analysis (IDA). The effect of higher-order modes was studied specifically. The results showed that higher-order modes significantly contributed to the structural seismic response and should not be neglected. Including these modes resulted in an additional hinge midway up the pier. No plastic hinge would occur at this location for conventional bridge piers. Higher-order modes also led to an out-of-phase response between the hinge rotation at the pier bottom and the displacement at the top. This means that the displacement-based seismic design method cannot correctly predict the mechanical state of the critical hinge and therefore is not suitable for use in the seismic design of tall piers. Mistakenly using the displacement-based seismic design method for tall piers may result in a seriously unsafe condition.     

考虑地基柔性和侧向力分布模式的桥墩推倒分析

考虑地基柔性的影响,使用SAP2000有限元程序分别建立了墩底固结和墩底六弹簧约束的桥墩模型,采用均匀加速度、第一阶振型和前三阶振型组合等3种水平侧向力加载模式分别对模型进行了推倒分析,并对比分析了不同墩高对计算结果的影响。通过对模型动力特性和推倒分析结果的对比分析表明,地基柔性不但延长了桥墩的自振周期,还对其振型和推倒曲线有着重要影响;对梁式桥梁结构进行推倒分析时不宜采用一阶模态向量分布加载模式;对于墩高较低、由第一阶振型控制的桥墩可采用均匀加速度和按一阶振型计算出的水平地震力分布模式进行推倒分析,墩高较高时,采用振型组合的加载模式更为合理。     

#br# 偏压荷载下钢管混凝土柱的抗扭性能试验研究

自重和水平地震作用将对曲线梁桥中墩梁固结的墩柱和拱桥钢管混凝土结构的主拱产生偏压和扭转复合效应。为研究钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的抗扭性能,完成了8个不同截面形状钢管混凝土柱试件单调纯扭加载、往复纯扭加载和偏压-往复扭转加载拟静力试验。试验结果表明：钢管混凝土柱在往复扭转作用下的滞回曲线较为饱满,没有“捏拢”现象产生,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。矮柱试件破坏现象较高柱试件更为明显,矮柱试件的屈服转角小于高柱,屈服扭矩与高柱相差不大,极限承载力大于高柱,极限转角小于高柱,耗能能力比高柱更好。偏压-往复扭转荷载作用下的方形截面试件刚度退化较为明显,偏压作用导致方钢管混凝土柱试件耗能能力降低。极限状态下,偏压作用改变了钢管的褶皱角度。     

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。