双轴压弯作用下RC桥墩矩形空心截面性能评价

针对双轴压弯作用下钢筋混凝土(RC)空心截面性能评价问题,该文根据双轴压弯作用下RC矩形空心截面中和轴布置的不同形式,推导了双轴压弯作用下其承载力计算公式和曲率计算公式。对双轴压弯作用下轴压比、配筋率和配箍率不同的3个RC矩形空心截面试件体桥墩的墩底控制截面,进行了承载力和转动延性分析,得出其在给定轴力作用下的M_x-M_y曲线和弯矩-曲率曲线,并通过其双轴压弯循环荷载试验,验证了分析结果的正确性和精确性。在此基础上,对一连续刚构桥梁的RC矩形空心桥墩的承载能力、截面转动延性以及相关参数进行了分析。结果表明,双轴压弯作用下两主轴方向弯矩耦合作用降低了截面的极限承载能力,单轴压弯作用的截面设计对结构是偏于不安全的;随中和轴与某一轴夹角的增大,该轴极限弯矩和曲率逐渐减小,而沿另一主轴方向的极限弯矩和曲率逐渐增大,但均小于其强轴方向的极限弯矩和转动曲率,该文的结论可为RC矩心空心截面桥墩的抗震设计和性能评价提供参考。     

高性能混凝土剪力墙基于性能的抗震设计截面延性分析

根据剪力墙截面的特点,提出采用分段约束箍筋改善高性能混凝土剪力墙截面的延性,针对剪力墙截面的受力特点和配筋形式,研究了分段约束箍筋对高性能混凝土剪力墙截面延性的影响;提出剪力墙截面屈服曲率和极限曲率的简化计算公式,分析了剪力墙截面相对受压区高度与曲率延性之间的关系,推导了剪力墙截面曲率延性与约束箍筋数量之间的关系。试验结果和算例分析表明:约束箍筋的作用对高性能混凝土剪力墙截面屈服曲率的影响较小,但对极限曲率的影响较大;剪力墙截面的曲率延性与轴压比、分段约束箍筋的数量、约束范围、截面端部约束混凝土的设计参数等因素有关。     

带翼缘剪力墙截面曲率分析及延性的计算

通过对非对称截面带翼缘剪力墙的弯矩-曲率分析,分别计算了翼缘受拉和翼缘受压方向的截面屈服曲率和极限曲率,分析了轴压比、纵筋配筋率、腹板竖向分布钢筋配筋率、翼缘宽度与腹板高度比、混凝土强度、配箍特征值、腹板截面高厚比对截面曲率的影响,并结合受压区高度的变化详细阐述了截面曲率随各影响因素的变化规律。通过对4941个工况下计算结果的回归分析,建立了带翼缘剪力墙截面屈服曲率和极限曲率的简化计算公式,并进一步推导了曲率延性和位移延性的计算公式。通过与试验结果的比对,验证了计算公式的准确性。该文公式不仅将翼缘受拉和翼缘受压状态进行了区分,并择取了影响截面曲率的关键因素,可为带翼缘剪力墙的变形能力计算以及基于位移的抗震设计提供依据。     

一种新型装配式梁柱节点抗震性能试验研究

提出一种新型装配式全栓接的方钢管柱H型梁梁柱节点。为研究节点的抗震性能,对6个1:2试件进行了拟静力试验。分析轴压比、抗弯、抗剪螺栓预拉力、槽形钢厚度、狗骨式连接等参数对节点的破坏模式、滞回性能、延性的影响。研究结果表明:在0.2~0.4范围内提高轴压比,节点的极限承载力略有降低,但耗能能力和延性均有提高;降低抗剪螺栓的预拉力,节点的极限承载力,耗能能力与延性均有降低;降低槽形钢的板厚,节点承载力微有提高,节点梁柱相对转角提高,但耗能能力降低;降低抗弯螺栓预拉力,节点的极限承载力提升,但耗能能力与延性均有降低;采用狗骨式连接,虽然梁翼缘削弱部位在加载后期出现撕裂,但节点表现出良好的延性和耗能能力以及稳定的刚度退化性能。节点层间位移延性系数μ=2~2.66,弹性层间位移角φ_y=0.0208~0.0327,弹塑性层间位移角φ_u=0.0486~0.079,梁柱相对极限塑性转角θ_u=0.05~0.087。极限荷载时等效粘滞阻尼系数h_e=0.287~0.45,试验结果表明节点具有良好的抗震性能。     

考虑变量相关性的桥梁时变地震易损性研究

为研究变量相关性对桥梁时变地震易损性的影响,引入Nataf变换和均匀设计,提出了一种考虑变量相关性的桥梁时变地震易损性分析方法。以一多跨连续梁桥为研究对象,基于OpenSees建立其非线性分析模型,考虑氯离子侵蚀引起的钢筋直径及面积的退化,基于OpenSees截面非线性分析及单条地震波的非线性地震响应分析,探讨了氯离子侵蚀对桥梁抗震能力和地震需求的影响。然后,考虑桥墩、铅芯橡胶支座(LRB)、板式橡胶支座(PETB)和桥台等构件的地震损伤,建立了桥梁时变地震易损性曲线;最后,针对结构参数变量相关性对桥梁抗震能力、地震需求和时变地震易损性曲线的影响进行了定性分析。研究结果表明:①氯离子侵蚀会导致桥墩截面极限抗弯承载能力下降,而截面极限曲率、延性能力却略有提升;②考虑由氯离子侵蚀引起的纵筋锈蚀后,桥梁墩底截面弯矩需求有一定程度的下降,而墩顶位移和墩底截面曲率延性需求却有所增大,桥梁在不同损伤状态下的损伤超越概率会随服役时间的增加而增大;③该方法可较好处理结构参数变量相关性,并且考虑变量相关性后,在全寿命设计基准期内,桥墩截面极限抗弯承载能力有所提升,而墩顶位移、墩底截面弯矩和曲率延性需求则有一定程度的下降;④忽略变量相关性条件的影响,可能会高估桥梁结构的时变地震易损性。     

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。     

尺寸效应对钢筋混凝土桥墩抗震性能影响的试验研究

通过两个符合相似关系的钢筋混凝土桥墩水平低周往复加载试验,分析尺寸效应对桥墩抗震性能影响。依据量纲原理,分别比较试件墩顶力-位移曲线、墩底塑性区截面弯矩-曲率曲线、墩顶滑移位移分量及桥墩能量耗散能力,结果表明,两试件墩顶水平抗力、截面抵抗弯矩和曲率延性基本符合相似关系,无明显尺寸效应;但由于纵筋粘结滑移的三维影响,缩尺试件墩顶水平位移包含较大滑移位移分量,同比耗能偏低,尺寸效应显著。基于此,针对弯曲主导破坏桥墩,根据简化曲率分布模型和纵筋滑移模型,分别计算墩顶弯曲位移和滑移位移分量,推导给出模型试验中桥墩位移延性的建议反演公式。     

预制ECC管混凝土桥墩拟静力试验研究

该文提出了一种以预制ECC管作为浇筑模板的ECC管混凝土桥墩。为研究该桥墩抗震性能,设计并制作了1个普通钢筋混凝土桥墩试件(RC)和3个预制ECC管混凝土桥墩试件(ECC1~ECC3),其中:试件ECC1为基准试件;试件ECC2在加载过程中减小了轴压比;试件ECC3在塑性铰区预制ECC管内浇筑了ECC。通过拟静力试验得到了上述试件的开裂过程、破坏形态以及水平力-位移滞回曲线等试验结果。通过分析各试件极限承载能力、累计耗能、延性系数、刚度退化以及残余位移等抗震性能指标,对比了预制ECC管混凝土桥墩与普通钢筋混凝土桥墩抗震性能的差别,得到了轴压比和塑性铰区截面形式对预制ECC管混凝土桥墩抗震性能的影响。研究结果表明:墩身外侧ECC管有效防止了塑性铰区混凝土剥落后钢筋屈曲,明显改善了桥墩破坏形态,提升了桥墩变形能力,降低了桥墩的损伤程度;与普通钢筋混凝土桥墩相比,预制ECC管混凝土桥墩的滞回曲线更加饱满,累计滞回耗能更大,具有更好的耗能能力,其峰值荷载和延性系数分别比普通钢筋混凝土桥墩的高出了16.66%和42.15%;对于ECC管混凝土桥墩,当轴压比降低后,ECC管壁出现的裂缝数量减少,其耗能和承载力降低,但延性变形能力增强,刚度退化也有所减缓;塑性铰区采用全截面ECC,即在ECC管内浇筑ECC,能提升预制ECC管混凝土桥墩的耗能能力、承载能力和延性变形能力,但裂缝的发展和分布几乎没影响。     

装配式钢套管混凝土组合剪力墙竖向受拉-水平滞回荷载试验研究

进行6个剪跨比为1.62的装配式钢套管混凝土(CFST)组合剪力墙试件的拟静力试验,研究钢管混凝土芯柱含量比、平面外偏心距、初始轴拉力对装配组合剪力墙抗震性能的影响,分析试件的破坏特征、滞回性能、变形和延性、承载力以及刚度退化和耗能。结果表明:装配组合试件的破坏形态整体为弯剪复合破坏,在竖向受拉-水平弯剪滞回复合作用下仍具有较高的承载力,滞回曲线饱满,变形和耗能较好,破坏时残余刚度大;剪切变形分量与总变形呈线性关系,约占总位移的21%;试件平均极限位移角1/42,平均延性系数5.0,表明组合剪力墙装配整体性较好。截面承载力参数分析表明抗剪承载力随钢管混凝土含量比增大而增大,而变形曲率随之减小;抗剪承载力随初始轴拉力和平面外偏心距增大而减小,适当的轴拉力能增大截面变形能力,但平面外偏心距对变形不利。     

山区桥梁排架抗震能力评价方法

排架在山区桥梁工程中应用广泛,其横桥向地震破坏机理复杂且缺乏工程实用的抗震分析手段。通过拟静力和动力时程分析给出了山区桥梁排架抗震能力评估的一般性方法,借助纤维梁柱单元并结合截面抗剪强度模型,首先基于静力分析手段确定了排架桥墩可能的破坏模式及排架变形能力。在此基础上通过动力时程分析,揭示不同地震动强度下排架的破坏模式和变形能力。以某山区桥梁2个排架墩为例,将建立的评价方法对排架横桥向抗震能力进行评价。结果表明:横桥向在地震作用下,排架桥墩承受显著的变轴力作用,桥墩屈服前,随侧向位移增大,桥墩轴压变化范围逐渐增大,桥墩屈服后轴压变化范围基本稳定;且变轴力易引起排架桥墩发生剪切破坏。该方法可为桥梁排架结构抗震设计和评估提供参考手段。     

钢筋混凝土剪力墙变形能力计算方法研究

为了确定钢筋混凝土剪力墙的变形指标,在考虑剪力墙构件高宽比、配箍特征值、轴压比和非线性剪切变形等影响剪力墙构件变形的因素之后,该文提出了一种剪力墙变形能力计算模型。该模型由受拉区、受压区及刚性域组成,称之为拉-压刚域模型。将该计算模型用于两组共12片剪力墙构件的变形指标计算,并将计算值与试验值进行了对比分析。结果表明,剪力墙构件顶点极限位移、极限转角、极限曲率以及顶点开裂位移、屈服位移和位移延性系数的理论值均与试验值吻合较好。对比结果验证了该文计算模型的有效性。     

钢框架梁翼缘削弱型节点力学性能的试验研究

梁翼缘削弱的梁柱刚性连接是将塑性铰外移的一种典型节点形式。为研究这种连接形式在循环荷载作用下的滞回性能,共进行了6个模型的拟静力加载试验,其中5个模型用于研究梁翼缘的削弱深度、削弱长度、削弱起始位置对节点连接的破坏形态、极限荷载、最大塑性转角、延性性能的影响。作为比较,还进行了一个传统型梁柱全焊接刚性模型连接的试验。试验结果表明:梁翼缘削弱节点比传统梁柱刚性连接具有良好的塑性变形能力和耗能性能,试验中5个节点的塑性转角都大于0.04rad,延性系数大于4.0,达到了抗弯钢框架连接塑性转角不小于0.03rad,延性系数不小于4.0的要求。而普通梁柱全焊接刚性连接的塑性转角仅达到0.026rad,延性系数仅为2.4。5个试件的破坏主要以翼缘削弱处平面外刚度较弱而导致梁发生扭转失稳或梁下翼缘与柱连接的对接焊缝的脆性断裂为主。研究结果表明:将梁翼缘进行适当的削弱后形成的骨型节点可以增加梁柱节点的耗能性能,是一种较为理想的延性节点。     

预应力混凝土连续梁弯矩调幅的延性要求

本文采用能量法对普通钢筋混凝土连续梁和预应力混凝土连续梁的弯矩调幅与截面 曲率延性之间的关系进行了研究。重点讨论了预应力连续梁中次弯矩和轴向预压力对弯矩调 幅的影响。从理论上证明了预应力次弯矩在塑性铰转动能力不够时能提高连续梁弯矩调幅能 力的这一观点。     

输电钢管塔典型塔脚节点承载力研究

为研究输电钢管塔典型塔脚节点受力性能,建立了直线塔TZ2多尺度有限元模型,分析塔脚节点在设计荷载下的应力分布状态,以及极限荷载下的塑性发展过程。依据塑性扩展等效原则,设计了三组足尺简化塔脚节点试件,进行塔脚节点静力加载试验,研究其在轴力和弯矩共同作用下塔脚节点应力分布、塑性发展、破坏模式及极限承载力。同时,考察简化塔脚节点模型和多尺度模型中对应的试验测点应力值,并与试验结果对比。通过试验研究并结合数值计算可得:塔脚节点最终破坏模式表现为环板上部主管管壁鼓曲破坏。当塔脚节点次应力比值（弯曲应力与轴应力比值）小于30%时,设计时可以忽略次应力的影响。     

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。     

考虑剪切变形的延性联肢墙位移曲率延性关系研究

在连续连接介质模型和修正比拟桁架模型基础上,通过理论分析分别推导了计入剪切变形的延性联肢墙屈服位移和极限位移的算式,首次建立起考虑剪切变形的延性联肢墙位移曲率延性关系,并通过与13片联肢墙试验结果的对比研究验证了该延性关系的准确性。研究结果表明,考虑剪切变形的延性联肢墙位移延性系数离散程度较小、均匀性较好,建立的延性关系可应用于联肢剪力墙结构的能力设计。     

地震荷载作用下FRP加固钢筋混凝土圆柱变形能力计算方法研究

基于性能的抗震设计要求对结构的变形能力能够进行计算,以确保不同的性能目标要求得以满足。该文研究地震荷载作用下纤维增强复合材料(FRP)加固钢筋混凝土(RC)圆柱截面曲率延性和柱顶侧向位移角计算方法。根据数值计算结果,得到了截面屈服曲率计算方法,由试验结果得到了FRP加固RC圆柱截面极限曲率计算方法。试验结果表明加固柱塑性铰长度和FRP用量密切相关,通过对29个大比例柱试验结果进行回归,得到了加固柱塑性铰长度计算方法,并分析了高FRP用量导致加固柱塑性铰长度减小的原因。经参数分析,探讨了FRP用量、轴压比与加固柱顶侧向变形能力的关系,提出了具有理想加固效率的FRP用量上限范围。     

Confinement effect in flexural ductility of concrete: three-dimensional analysis

To study the effect of the transverse stress and strain distribution and steel ties (stirrups) upon the ultimate bending moment and bending ductility, a three-dimensional finite element analysis of a cross section slice is carried out. The slice consists of a layer of eight-node isoparametric elements, whose axial displacements are constrained so that the cross sections remain planar but not orthogonal. This allows interpreting the results in terms of curvature, bending moment, axial force and shear force. Each element within the layer is allowed to independently undergo cracking when its tensile strength limit is exceeded, and the incremental inelastic stiffness matrix of the cracked material is derived. The inelastic behavior of uncracked concrete or concrete between the cracks is modeled by the previously published endochronic theory, which allows representing the inelastic dilatancy due to shear, the hydrostatic pressure sensitivity, and the strain-softening (decrease of stress at increasing strain). The use of a constitutive relation that is capable of describing these effects is essential, since the dilatancy of concrete is opposed by ties which thus produce hydrostatic pressure in concrete thereby increasing its ductility. Transverse reinforcement is modeled either as reinforcement smeared throughout an element or as a steel bar connecting the nodes. Special measures are taken to eliminate spurious shear effects in the finite element model. A computer program to calculate the moment-curvature diagram of a given beam has been written using the incremental loading procedure. The calculated results compare satisfactorily with the available published test data on the effect of tie spacing upon the moment-curvature diagrams and flexural ductility.