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。     

功能自恢复SMA/ECC墩柱抗震性能试验研究EI北大核心CSCD

墩柱作为主要承重构件,其抗震能力对整个桥梁结构的安全至关重要。为了提高墩柱的变形能力、耗能能力及损伤自修复能力,减小墩柱震后的残余变形和损伤,实现震后不修复或者稍作修复就可恢复正常功能,提出了一种基于形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)和工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)的新型自复位墩柱。利用SMA的超弹恢复性能,在墩柱的塑性铰区用SMA筋来替代普通纵向钢筋,来实现墩柱的自复位功能;利用ECC的应变硬化特性,ECC替代墩柱的塑性铰区普通混凝土,提高墩柱耗能能力并减少损伤。设计制作了5个试验试件,分别为普通钢筋混凝土墩柱、普通钢筋ECC墩柱、钢绞线普通混凝土墩柱、钢绞线ECC墩柱和形状记忆合金筋ECC墩柱,并进行低周反复加载试验,对比分析了不同墩柱的破坏模式、承载力、延性和耗能能力等抗震性能。研究结果表明:SMA材料能够增强结构的变形能力,提高结构的延性,减小结构残余变形;ECC材料能够提高结构延性,减缓裂缝的开展速度,提高结构的耗能能力。与普通钢筋混凝土墩柱相比,SMA/ECC墩柱不仅表现出较好的延性,且构件复位效果良好,显著减小了结构损伤,展现出更好的抗震性能。     

延性纤维混凝土剪力墙抗震性能试验研究

该文为改善高性能混凝土剪力墙的抗震性能,提出在剪力墙塑性铰区采用延性纤维混凝土(DFRC),设计了4片剪跨比为2.1的剪力墙试件,并进行了拟静力试验。通过改变DFRC区高度、轴压比和约束箍筋数量,研究其破坏机理、耗能能力及变形性能。结果表明:1) 塑性铰区采用DFRC的剪力墙试件弹性阶段变长,剪力墙屈服后承载力降低缓慢;2) DFRC可有效控制剪力墙塑性铰区的弯剪斜裂缝的宽度,防止塑性铰区发生剪切破坏;3) DFRC区高度增大,剪力墙的变形和耗能能力明显提高,DFRC区约束箍筋数量增加,试件变形和耗能能力提高;4) 塑性铰区采用DFRC的剪力墙试件,塑性铰区损伤程度明显降低,对减轻剪力墙的地震破坏程度具有重要作用。     

反复荷载作用下钢管混凝土组合桥墩抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土组合桥墩的抗震性能,完成了8个剪跨比λ=3.0方形截面桥墩试件的低周反复加载试验。基于试件的破坏特征及荷载-位移滞回曲线,分析了内置核心钢管对钢筋混凝土桥墩抗震性能的改善作用,讨论了轴压比、配箍率、纵筋率和钢管埋置长度对组合桥墩抗震性能的影响。结果表明:在墩身内埋置核心钢管可避免桥墩发生竖向压溃和弯剪破坏,同时提高试件的承载力、变形和耗能能力,并减小卸载后的残余位移;轴压比大的组合桥墩试件承载力高、耗能能力强,但变形能力差且残余位移大;随着配箍率或纵筋率的增加,滞回曲线的饱满度变好,变形和耗能能力得到提高;核心钢管在墩身内的埋置长度是决定组合桥墩破坏形态和抗震性能的重要因素,随着钢管埋置长度的增加,组合桥墩试件的破坏形态由剪切型转化为弯曲型,其各项抗震性能指标随之得到改善。     

双钢板混凝土组合剪力墙试验研究及结构弹塑性时程分析

以16个不同参数的带约束拉杆的双钢板混凝土组合剪力墙滞回加载试验为基础,研究了不同高宽比、轴压比以及不同约束拉杆间距的组合剪力墙破坏模式,得到了试件的滞回曲线、承载力、骨架曲线以及位移延性等抗震性能参数,并通过数值计算其与普通钢筋混凝土剪力墙的对比,分析得出组合剪力墙具有比普通剪力墙更好的承载力和延性。同时采用ABAQUS有限元软件对双钢板混凝土组合剪力墙结构和普通混凝土剪力墙结构进行不同地震作用水平的弹塑性时程分析,对比了二者的层间位移角及构件的塑性耗能,结果表明较之普通混凝土剪力墙,组合剪力墙可以有效的减小结构的层间位移角,降低剪力墙的塑性耗能,提高连梁的耗能比例,对结构抗震更为有利。     

内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩抗震性能研究

基于可恢复功能结构设计理念,提出一种新型内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩。开展了6榀门式箱型钢桥墩试件在变轴压和水平往复加载下的拟静力试验,通过分析试件的破坏模式、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化特征、强度退化系数和累积滞回耗能等性能指标,探讨了设置耗能钢板、轴压比和耗能钢板厚度等对新型门式钢桥墩抗震性能的影响规律。建立门式钢桥墩试件的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。研究表明：设置耗能钢板能够提升门式箱型钢桥墩的延性、变形能力和耗能能力,且能有效延缓壁板的屈曲变形和开裂。新型门式箱型钢桥墩根部壁板螺栓孔附近钢板易因应力集中而开裂,致使试件最大承载力迅速降低。随着轴压比的增大,试件的承载力、耗能能力和震后可恢复性能提高。可更换耗能钢板的厚度越小,试件的承载力越低、刚度退化越快,但其延性和耗能能力得到提升。轴压比和耗能钢板厚度对试件强度退化的影响相对较小。为便于新型门式钢桥墩的推广应用,基于试验研究结果提出内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩的延性评估简化公式和承载力的抗震设计公式。     

塑性铰区采用高延性混凝土梁变形性能研究

为提高钢筋混凝土(RC)梁的变形能力,考虑在其塑性铰区采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土。共设计6个剪跨比为3.6的RC梁试件,包含5个塑性铰区采用HDC的试件和1个RC对比试件。考虑HDC区长度、纵筋配筋率以及配筋方式和梁端配箍率的影响,研究试件在低周反复荷载下的滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明:与RC梁相比,塑性铰区采用HDC后,试件的破坏形态由弯剪破坏向弯曲破坏转变,延性和耗能能力均得到显著提高;纵筋配筋率、配筋方式相同时,在梁端塑性铰区采用HDC,试件的位移延性系数和极限位移角分别提高30%和53%,而同时采用HDC和箍筋时分别相应提高33%和76%;梁端局部采用HDC替换混凝土可减少箍筋用量;梁端塑性铰区的HDC长度对试件延性的影响较小。分别计算塑性铰区采用HDC梁在开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载、极限荷载时的顶点位移,其计算值与试验值吻合较好。     

高轴压比配筋PVA纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土柱在高轴压比下的抗震性能,采用聚乙烯醇（PVA）纤维增强混凝土代替普通混凝土是可选择的措施之一。设计6个剪跨比为4的钢筋混凝土柱试件,其中4个试件采用PVA纤维增强混凝土,另外2个对比试件采用普通混凝土,进行拟静力试验以研究高轴压比下的抗震性能。通过改变轴压比和纤维掺量,在水平循环往复荷载作用下,观测试件裂缝开展及破坏过程,研究滞回性能、骨架曲线、延性性能及耗能能力。试验结果表明:高轴压比下,PVA纤维增强钢筋混凝土柱破坏时,裂缝开展缓慢,纤维的桥接作用有效地抑制了裂缝的开展;纤维增强混凝土柱主要表现为延性破坏模式,极限位移角约为普通混凝土柱的1.47倍~1.53倍,表明其具有良好的塑性变形能力和损伤容限;PVA纤维增强钢筋混凝土柱的耗能比约为普通混凝土柱的1.82倍~1.95倍,表明其耗能能力显著提高,抗震性能优越。     

FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土组合柱抗震性能研究

提出一种在塑性铰区域采用高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)替代混凝土来改善FRP筋-钢筋增强混凝土柱抗震性能的新方法。对FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土构件进行了低周往复荷载试验,系统地考察了基体材料、筋材种类、轴压比对构件破坏模态、裂缝模式、承载力、残余变形、延性和耗能能力的影响。结果表明,将ECC替代塑性铰区域混凝土能够有效避免FRP筋的受压屈曲,进而显著提升组合柱的抗震性能。与钢筋增强ECC-混凝土组合柱相比,复合筋增强ECC-混凝土组合柱的残余变形明显更小,且屈服后的刚度更高。随着轴压比的增大,构件极限强度升高但变形能力降低。通过有限元参数分析可知,组合柱的承载力和变形能力均随着ECC抗压强度及总配筋率的增大而增大;在总配筋率不变的情况下,FRP筋占比越高,构件的延性越好。     

钢纤维混凝土局部增强桥墩抗震性能试验研究

为分析钢纤维体积率、钢纤维混凝土增强区域长度以及配箍率等因素对钢纤维混凝土桥墩抗震性能的影响,对考虑以上三个设计参量的八个桥墩试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验,并探讨了钢纤维混凝土桥墩试件破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性性能和耗能能力等抗震性能。结果表明：钢纤维体积率为1.0%的桥墩试件较其他体积率的试件承载力更大,滞回曲线相对更加饱满,延性性能更好;钢纤维可以代替部分箍筋作用,在较低配箍率下保持良好的抗震能力;在桥墩潜在塑性铰区域局部合理地采用钢纤维混凝土,可达到与桥墩整体采用钢纤维混凝土相近的极限承载力、刚度、延性和耗能能力。最后提出了简化计算公式用以估算在单柱式桥墩中局部使用钢纤维混凝土的合理长度,并通过试验结果验证了其精度。     

分段SFC预制壳壁抗震加固RC墩柱的效能研究

针对国内外强震作用下钢筋混凝土桥梁RC桥墩震损普遍存在的问题,在消化和吸收国内外已有RC墩柱抗震加固成果的基础上,研制开发一种了新型RC墩柱抗震加固措施-RC墩柱塑性铰区域外包分段钢纤维混凝土(Steel Fiber Concrete,SFC)预制壳壁,选取实际桥梁中的RC桥墩为原型,通过加固前后模型RC桥墩伪静力对比试验研究,校验这种新型RC墩柱抗震加固措施的有效性,试验结果表明新型RC墩柱抗震加固措施能在不改变RC桥墩塑性铰位置的前提下实现承载力和耗能能力的提高。此外,选取不同场地条件下的典型地震动,进行实验RC墩柱加固前后的非线性地震时程反应对比分析,进一步验证新型抗震加固措施的加固效能。     

配有RPC预制管混凝土组合柱的RC框架抗震性能分析

在活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,RPC)预制管内浇注混凝土,并在RPC预制管和内部混凝土中均配置纵向钢筋,形成一种新型组合柱——RPC预制管混凝土组合柱。采用平截面假定,并结合已有的RPC、混凝土和钢筋材料本构模型,推导了该新型柱大偏压受力状态的承载力计算式。分别采用该承载力计算式和Opensees纤维模型对两种截面的新型柱承载力进行了对比分析,两种方法的计算结果较为接近。基于柱梁承载力比、RPC预制管中钢筋等级等参数,采用Opensees纤维模型分析了配有该新型柱的RC框架的抗震性能。结果表明:当RPC预制管中配置的钢筋等级提高至HRB400及以上时,结构耗能能力和延性系数均有较大程度的提高;当柱梁承载力比不超过1.2时,随柱梁承载力比的增加,结构抗震性能改善效果不明显,而当柱梁承载力比为1.5及以上时,结构抗震性能随柱梁承载力比的增加会有明显的提升。     

两层带开洞预制剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟分析

为研究带窗洞的预制装配式混凝土剪力墙中窗下墙对结构抗震性能的影响,该文对两个带不同高度窗下墙的两层预制剪力墙试件进行了低周反复荷载试验。在此基础上,提出了带窗下墙预制剪力墙结构的精细有限元数值模拟方法,结合试验结果分析揭示了窗下墙对带开洞预制剪力墙抗震性能的影响。试验和数值模拟分析结果表明,两试件在初始受力阶段,窗下墙与下层连梁作为一根整体连梁共同工作,此后二者逐渐脱开,形成两根并列布置的双连梁;两试件的破坏形态均为墙肢根部和双连梁两端形成塑性铰,最终塑性铰区混凝土被压碎;窗下墙较高的试件W-2承载力和初始刚度均大于W-1,延性和耗能能力则小于W-1;预制剪力墙构件中的窗下墙可显著提高该类构件的刚度、承载力和耗能能力,对带窗下墙的预制剪力墙结构进行抗震设计时应对窗下墙予以考虑。     

带消能连梁的矩形空心双柱式高墩抗震性能试验研究

基于震后功能可恢复的设计理念，按1/20几何缩尺比设计和制作了矩形空心双柱式高墩和带消能连梁的矩形空心双柱式高墩模型，开展了低周往复荷载作用下的拟静力试验研究，分析了试件的破坏形态及过程，比较研究了试件的强度、累积滞回耗能、墩柱曲率和位移延性等抗震性能参数。试验结果表明:与普通的矩形空心双柱式高墩相比，带消能连梁的矩形空心双柱式高墩具有更好的耗能能力、承载能力和位移延性能力，消能连梁可有效减小墩柱曲率，从而有效降低了墩柱的地震损伤。因此，带消能连梁的矩形空心双柱式高墩具有更优良的抗震性能。     

高速铁路圆端形空心桥墩抗震性能试验研究

以高速铁路中采用的圆端形空心桥墩为原型, 设计了10根大比例模型。考虑恒定轴向力的作用, 进行低周反复荷载试验, 得到不同桥墩模型的破坏特性、滞回曲线, 依此分析各参数下桥墩的延性及耗能性能, 并利用两种典型的抗剪公式对模型的抗剪承载力进行评估。试验结果表明, 该类桥墩均为弯曲型破坏, 墩底普遍有弯剪斜裂缝。滞回曲线捏缩效应明显并且骨架曲线从开裂到屈服上升缓慢。随着轴压比的提高, 模型的弯曲强度有所增大, 延性下降。由于模型的体积配箍率均较低, 其对延性的影响不明显。纵筋率对滞回曲线形状影响较大, 增加纵筋率耗能能力随之增大。     

ECC修复震损剪力墙抗震性能试验研究

该文采用拟静力试验研究了采用高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)修复后的震损钢筋混凝土剪力墙的抗震性能。先对剪力墙进行了初次拟静力试验,剪力墙呈现剪切破坏,混凝土压溃,脚部钢筋压弯、屈服甚至断裂,然后采用ECC对震损的钢筋混凝土剪力墙进行了修复,随后进行了再次拟静力试验。通过对比分析前后两次试验结果,从剪力墙破坏模式、承载能力、延性、耗能能力、刚度退化、钢筋效用发挥等方面的差异,综合评价ECC用于修复震损剪力墙的有效性。试验结果表明:a) 剪力墙的承载能力基本得到恢复;b) 在保证承载能力的前提下,剪力墙的延性得到提高,改变剪力墙的破坏模式,由脆性破坏转化为延性破坏;c) 提高墙体的耗能能力;d) 避免剪力墙墙脚混凝土的压溃和钢筋的屈曲,依靠ECC与钢筋良好的变形协调性,提高脚部钢筋的利用率。