考虑不均匀腐蚀影响的钢筋混凝土桥墩抗震性能研究EI北大核心CSCD

对于剪跨比较小的钢筋混凝土桥墩,近海环境下的腐蚀可能会改变结构破坏形态,研究箍筋纵筋同时腐蚀对抗震性能的影响十分必要。采用电化学加速腐蚀方法制备了4个剪跨比为2、不同腐蚀程度的桥墩,通过振动台试验研究腐蚀对桥墩抗震性能的影响。在地震激励作用下,对桥墩的破坏形态、自振周期、阻尼比、加速度和位移响应、累积残余位移及地震耗能能力等方面进行了分析。试验结果表明:随着地震强度的增大,腐蚀构件的耗能能力降低,抗震性能退化明显;无腐蚀桥墩的最终破坏形态是弯曲破坏,而腐蚀程度较为严重的桥墩在加载后期表现为纵筋过早屈服,部分箍筋无法为试件提供足够的抗剪承载能力,试件最终呈现出弯剪破坏形态。     

RC桥墩残余位移模拟的参数敏感性分析EI北大核心CSCD

为讨论RC桥墩震后残余位移模拟的建模方法,采用Open Sees非线性纤维梁柱单元和零长度转动弹簧单元,建立了桥墩抗震分析模型。以1个足尺RC桥墩振动台试验结果为依据,对桥墩进行动力时程分析和静力滞回性能模拟。结果表明,纤维梁柱单元数量、转动弹簧单元极限滑移量S_u、刚度折减系数b、调整纵筋失效循环次数的延性系数C_f和强度降低系数C_d对残余位移模拟的影响不明显。纵筋滞回关系调整参数R_0和转动弹簧单元捏缩系数R对残余位移模拟结果影响较大,初步识别结果为15和1.0。考虑混凝土抗拉的Concrete 02模型模拟残余位移精度高于Concrete 01模型,考虑纵筋的屈曲GA模型模拟的桥墩残余位移明显偏小。     

RC桥墩残余位移模拟的参数敏感性分析

为讨论RC桥墩震后残余位移模拟的建模方法,采用Open Sees非线性纤维梁柱单元和零长度转动弹簧单元,建立了桥墩抗震分析模型。以1个足尺RC桥墩振动台试验结果为依据,对桥墩进行动力时程分析和静力滞回性能模拟。结果表明,纤维梁柱单元数量、转动弹簧单元极限滑移量S_u、刚度折减系数b、调整纵筋失效循环次数的延性系数C_f和强度降低系数C_d对残余位移模拟的影响不明显。纵筋滞回关系调整参数R_0和转动弹簧单元捏缩系数R对残余位移模拟结果影响较大,初步识别结果为15和1.0。考虑混凝土抗拉的Concrete 02模型模拟残余位移精度高于Concrete 01模型,考虑纵筋的屈曲GA模型模拟的桥墩残余位移明显偏小。     

考虑非线性剪切效应的RC桥墩抗震分析模型

剪跨比较小或配箍不足的钢筋混凝土桥墩易发生剪切破坏,而现有的纤维单元模型忽略了剪切变形,不能合理评估弯剪或剪切破坏桥墩的抗震能力。为有效模拟剪切作用影响下钢筋混凝土桥墩的抗震性能,以36个剪切及弯剪破坏圆形截面钢筋混凝土桥墩抗震拟静力试验结果为依据,建立了墩柱剪切破坏时墩底转角的计算公式。利用OpenSees分析平台,建立了基于非线性纤维梁柱单元和零长度剪切弹簧单元的数值分析模型,以此来考虑弯曲和剪切效应的耦合作用。以数值模型中墩底转角来监测试件剪切破坏的发生,剪切破坏发生前模型以纤维梁柱单元模拟的弯曲变形为主;此后,桥墩地震反应以剪切弹簧单元控制,以模拟试件由于剪切破坏导致的强度和刚度退化等行为。通过对12个剪切及弯剪破坏圆形截面桥墩抗震拟静力试验的模拟结果表明,模拟的滞回曲线与试验结果吻合较好,并且能很好地模拟钢筋混凝土结构由于剪切作用引起的刚度与强度的退化现象,验证了模型的合理性。     

地震作用下钢筋混凝土桥墩残余位移研究

为更深入了解地震作用下钢筋混凝土桥墩墩顶残余位移与最大位移关系,提出精度更高的残余位移估算方法。首先利用OpenSees地震仿真软件中的纤维梁柱单元建立了钢筋混凝土桥墩的动力计算模型,通过与已有钢筋混凝土桥墩振动台试验结果的对比,验证了计算模型的可靠性;其次通过研究桥墩轴压比、长细比、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钢筋混凝土桥墩墩顶残余位移延性指标的影响规律;最后通过回归分析建立了残余位移影响系数随以上参数变化的预测公式,并通过已有振动台试验数据验证了计算公式的合理性。研究结果表明:与日本规范相比,推荐公式对残余位移的估算值与试验值更接近,可用于基于性能抗震设计时初步估算地震作用下钢筋混凝土桥墩的残余位移值。     

氯离子侵蚀下低矮RC剪力墙抗震性能试验研究

基于人工气候环境模拟技术,对5榀低矮RC剪力墙试件进行加速腐蚀试验,继而对其进行拟静力加载试验,研究氯离子侵蚀下锈蚀程度对低矮RC剪力墙承载能力、变形能力及剪切变形占总水平位移比等的影响规律。结果表明:在氯离子侵蚀作用下,低矮RC剪力墙沿暗柱纵筋方向的裂缝数量较暗柱箍筋和分布筋多,宽度更宽;当水平分布筋锈蚀率从0%增大到16.56%时,试件承载能力、总体变形能力、延性等方面则均有不同程度的退化,其中承载力削弱了12.6%,延性降低了23.0%,且开裂、屈服和峰值特征点下剪切变形占总水平变形比均逐渐增大,三个特征点平均剪切变形占比从22%提高到36%,破坏时剪切破坏特征愈加明显。该文所得研究成果可为氯离子侵蚀作用下锈蚀低矮RC剪力墙构件的抗震性能研究和含低矮RC剪力墙结构的全寿命周期抗震性能评估提供理论支撑。     

考虑氯离子腐蚀作用的近海桥梁结构全寿命抗震性能评价

基于全寿命理念的桥梁结构全寿命抗震性能设计与评价方法,是近年来国内外桥梁工程领域普遍关注的热点课题。主要研究了氯离子腐蚀作用在全寿命周期内对钢筋混凝土近海桥梁结构抗震性能的影响,结合氯离子对钢筋混凝土结构的腐蚀作用模型,提出了基于时变腐蚀电流密度的钢筋混凝土结构在氯离子腐蚀作用下钢筋腐蚀程度公式。取某一长期受海洋潮汐环境中氯离子腐蚀作用影响的近海桥梁工程结构为算例,考虑桥梁墩柱内纵筋直径、力学性能以及混凝土性能在全寿命周期内的退化效应,对各个寿命周期阶段内的算例桥梁进行Pushover分析和增量动力分析,并通过易损性分析方法对全寿命周期内桥梁的抗震性能进行了评价。研究结果表明,随着氯离子腐蚀作用的进行,桥梁结构在全寿命周期内的抗震能力不断降低,地震动作用下的抗震需求不断增加,到达极限破坏状态的概率不断增加。该桥梁结构全寿命抗震性能评价方法可为桥梁结构全寿命抗震性能设计提供参考。     

盐雾环境下一字型短肢RC剪力墙抗震性能试验

盐雾环境下氯离子侵蚀对既有RC结构抗震性能具有较大影响，采用人工气候实验方法模拟近海盐雾环境对8榀剪跨比为2.14的一字型短肢RC剪力墙进行加速腐蚀，达到预期腐蚀目标后对其进行拟静力加载试验，重点研究盐雾腐蚀程度对剪力墙试件承载力、变形、强度衰减、刚度退化、耗能等指标的影响以及不同设计参数对锈蚀试件抗震性能的影响。试验结果表明:钢筋锈蚀对RC剪力墙抗震性能影响较大，随锈蚀程度增加，试件逐渐以剪切破坏为主的弯剪破坏向以弯曲破坏为主的弯剪破坏转变，试件的承载力不断减小，变形能力变差，强度衰减和刚度退化不断加剧，耗能能力变差；但是，横向分布钢筋减小可以有效改善锈蚀RC剪力墙的变形能力；同时，限制剪力墙的轴压比也可以有效改善锈蚀RC剪力墙试件的抗震性能。     

高强钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究与分析

通过拟静力试验研究配置高强钢筋混凝土桥墩的抗震性能。分析桥墩试件的破坏形态,对往复荷载作用下桥墩试件的滞回特性、承载能力、延性性能、耗能能力等抗震性能指标进行比较研究。分析轴压比、剪跨比、箍筋间距及钢筋强度等对抗震性能的影响规律。研究表明:配置高强钢筋混凝土桥墩试件的破坏形态与配置普通钢筋的混凝土桥墩的一致,剪跨比较小的桥墩变形能力有限,呈弯剪破坏形态;剪跨比较大的桥墩变形能力较大,呈弯曲破坏形态。提高轴压比虽能提高试件的承载能力,但使其抗震性能指标降低,不利于桥墩抗震。提高钢筋强度和加密箍筋能提高其各方面的抗震性能指标,有利于结构抗震。     

钢筋混凝土桥墩滞回性能的有限元参数敏感性分析及模型改进

研究了反复荷载作用下钢筋混凝土桥墩滞回性能的有限元建模方法,以6个弯剪破坏形态的钢筋混凝土桥墩拟静力试验结果为依据,利用ANSYS软件,首先建立了不同的桥墩有限元模型进行参数敏感性分析,讨论了混凝土的裂缝剪力传递系数、应力-应变曲线的下降段、纵筋的包辛格效应、纵筋与混凝土之间的粘结-滑移关系以及混凝土压碎破坏面等参数对模拟结果的影响;在此基础上对分析模型进行了改进,并将模拟得到的桥墩滞回曲线及骨架曲线同试验结果进行对比,验证了模型的正确性。     

HPFL加固负载下有震损RC圆柱抗震性能的有限元分析

基于采用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固4根钢筋混凝土足尺圆柱在不变轴力和周期水平荷载作用下抗震性能的试验研究结果,该文对试件进行了数值模拟分析,研究被加固柱的抗震承载力、延性、刚度、耗能能力等的性能特征。同时,还提出了可用于负载下有震损RC柱的加固方法和该类结构的抗弯承载力简化计算方法。在此基础上,利用新加固方法和有限元分析手段,研究影响负载下有震损RC柱抗震性能的主要因素,包括轴压比、剪跨比、横向网筋配箍率和配筋形式,研究表明:有限元模拟值、理论值和试验值吻合良好;采用HPFL加固后,构件的承载力、延性、耗能能力均有明显改善,刚度的退化速率明显减小,加固层纵筋锚入基座后,抗震性能的提升改善更加优越;随着轴压比的增加,承载力有较大的增长,延性发挥不足;剪跨比增大时,试件的承载力和延性降低;负载级差越大,后期变形能力明显越弱;采取螺旋配筋形式与采取环形配筋形式相比,两者初始刚度相当,前者延性更好,后者承载能力更高。     

震损钢筋混凝土柱剩余能力的数值模型

基于PEER数据库中公开的钢筋混凝土(RC)框架柱试验资料和已有地震损伤指数模型,总结了RC框架柱在产生不同损伤等级时对应的破坏特征,提出了相应的损伤等级评定标准。研究了RC框架柱在地震损伤过程中混凝土和钢筋的损伤演化规律,分别建立了震损RC框架柱损伤区不同位置处混凝土和钢筋的损伤演化方程,提出了考虑震损RC框架柱初始损伤的混凝土模型和钢筋模型。基于OpenSEES平台和纤维模型,建立了一种直接基于材料本构关系的震损RC框架柱的数值模型,该模型考虑了损伤区不同位置处截面材料的损伤差异以及同一截面不同位置处材料的损伤差异。任意选取已有的13根RC框架柱试验资料对震损RC框架柱的数值模型计算结果进行校验。结果表明该文模型能够较为准确的预测震损RC框架柱的剩余抗震能力。研究结果为震后RC结构的性能评估和加固决策提供分析模型。     

钢筋混凝土矩形空心桥墩抗震性能

针对钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩基于性能抗震设计所需要的性能量化参数和抗震性能问题,该文对高宽比、轴压比、纵向和横向配筋率不同的12个约束良好的RC矩形空心桥墩,开展了恒定轴力作用下的水平循环荷载试验研究,并把试验观测到的桥墩主要损伤状态与工程设计参数联系起来,以满足基于性能抗震设计所需要的量化指标。在此基础上,基于OpenSees软件平台,采用纤维模型对试件体桥墩的滞回性能进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合良好。结果表明:使用累积概率曲线,可以较好地把混凝土开裂和剥落等主要损伤状态与混凝土压应变和纵向钢筋拉应变等工程极限状态联系起来,为基于性能的桥梁抗震设计提供量化指标。试件体桥墩的延性系数在3.71~8.29,等效粘滞阻尼比在0.19~0.31,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。该横向配筋构型的RC矩形空心桥墩,可以作为当前我国公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B02-01-2008)矩形空心截面横向配筋构型的一种补充。     

考虑粘结滑移的冻融损伤纤维梁柱模型研究

伸入梁柱节点以及柱与基础交界处纵向受力钢筋的粘结滑移效应会显著影响构件的侧向变形。为准确评估冻融损伤后钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)柱的抗震性能，在考虑冻融损伤不均匀分布的纤维模型基础上，以锚固区的粘结滑移效应为研究对象，首先基于拉拔试验建立可考虑冻融损伤分布的粘结强度退化规律，进而根据简化粘结应力分布假设，通过建立控制方程进行理论推导得到冻融损伤粘结滑移计算方法，并与冻融钢筋混凝土拉拔试验数据进行了对比验证。进而基于有限元分析软件OpenSEES，将该文模型嵌套于零长度截面单元中，提出可综合考虑冻融不均匀损伤与粘结滑移效应的纤维梁柱模型，根据6榀冻融RC柱拟静力加载试验数据进行了验证，并与仅考虑冻融损伤的纤维模型进行了对比。结果表明:与纤维模型计算结果相比，采用该文模型计算所得滞回曲线与试验结果吻合更好，在承载力、极限位移和累积耗能等方面的计算误差较小，表明所建模型可更为准确地反映冻融损伤后RC柱的地震响应。     

酸雨环境下锈蚀RC剪力墙恢复力模型研究

出于酸雨环境下锈蚀RC剪力墙结构抗震性能评估的需要,该文提出了酸雨环境下RC剪力墙宏观恢复力模型,通过对6榀锈蚀RC剪力墙拟静力试验结果进行回归分析,得到了考虑轴压比与钢筋锈蚀率影响的锈蚀RC剪力墙骨架曲线特征点荷载与位移修正系数计算公式,以循环退化速率来表征构件强度和刚度的退化,确定了基于循环耗能的循环退化指数β_i,并进一步建立了可考虑捏缩效应、屈服强度退化、峰值强度退化、卸载刚度退化及再加载刚度退化的锈蚀RC剪力墙滞回模型。与试验结果对比发现:采用该模拟方法得到的各试件的骨架曲线、滞回曲线以及试件破坏时的累积耗能均与试验结果吻合较好,表明所建立的锈蚀RC剪力墙宏观恢复力模型能较为准确的反应酸雨环境下RC剪力墙结构的力学性能及抗震性能,可为该类结构的抗震性能评估提供理论参考。     

混杂FRP加固腐蚀混凝土柱恢复力模型研究

研究外贴纤维增强聚合物（Fiber Reinforced PolymerFRP）、钢筋腐蚀对混凝土柱恢复力特性的影响,是研究服役混凝土结构抗震性能的重要内容。该文根据混杂FRP加固腐蚀混凝土柱抗震性能试验结果,在完好钢筋混凝土构件的截面分析和Clough滞回规则的基础上,提出了混杂FRP加固腐蚀混凝土柱恢复力模型及其骨...     

腐蚀近海桥墩十字形双向拟静力试验及损伤分析

为研究十字形双向加载作用下腐蚀近海桥墩的损伤演化,设计了2个尺寸及配筋相同的钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)桥墩试件,对其中之一开展了电化学腐蚀试验,随后对2个试件进行了十字形双向拟静力试验.基于实测数据,分析了腐蚀作用对墩柱滞回特性及刚度退化的影响,基于试验现象,及考虑腐蚀和加载路径的改进P...     

Seismic performance evaluation of GLD beam–column sub-assemblages of three different scenarios

Gravity load designed (GLD) structures exhibit poor seismic performance due to inadequate reinforcement to cater for the seismic forces, lack of confinement, poor joint strength, improper anchorage, presence of weak column and strong beams. These structures are also susceptible to environmental impact leading to corrosion of reinforcement which would further degrade their seismic performance. In RC structures, beam–column joints are crucial members and dissipate the seismic energy imparted to the structure. Hence in this study, two typical cases of GLD (i) uncorroded GLD and (ii) corrosion affected GLD (corroded) exterior beam–column sub-assemblages subjected to reverse cyclic loading are investigated and compared. Reinforcement corrosion of one of the GLD specimens is accelerated by the impressed current technique. Based on the investigation on uncorroded GLD and corrosion affected GLD beam–column specimens, it is noted that the corrosion has significant effect on the seismic performance in terms of loss of energy dissipation, strength- and stiffness- degradation. To improve the seismic performance of uncorroded GLD specimens, a low invasive single steel haunch upgradation scheme (SHUS) is proposed in this study. The maximum load carried by steel haunch upgraded GLD specimen is about 30% higher than that of GLD specimen. Hence, it is noted that by implementing the proposed upgradation scheme for GLD beam–column sub-assemblage, remarkable improvement in the seismic response can be achieved. The present study provides insight into the behaviour of steel haunch upgraded GLD specimen and would also pave the way for formulating seismic upgradation of even corroded GLD beam–column sub-assemblage.