水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究EI北大核心CSCD

为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了"回型"水平双向反复荷载作用下的拟静力试验,并基于有限元数值分析方法,研究了该类加载制度下RC矩形空心桥墩的水平力-位移滞回曲线,及双向弯曲作用下RC矩形空心截面的弯矩-曲率。分析探讨了轴压比、壁厚、双轴弯曲强度比参数影响下RC矩形空心桥墩的滞回特性、破坏特征和截面受力性能模拟结果,提出了"回型"水平双向加载下RC矩形空心桥墩的滞回曲线模型,该模型考虑了水平双向加载对构件强度、刚度和位移的耦合效应。应用该模型得到的RC矩形空心桥墩的水平力-位移骨架曲线和滞回曲线的计算值与试验结果吻合较好。     

水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究

为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了"回型"水平双向反复荷载作用下的拟静力试验,并基于有限元数值分析方法,研究了该类加载制度下RC矩形空心桥墩的水平力-位移滞回曲线,及双向弯曲作用下RC矩形空心截面的弯矩-曲率。分析探讨了轴压比、壁厚、双轴弯曲强度比参数影响下RC矩形空心桥墩的滞回特性、破坏特征和截面受力性能模拟结果,提出了"回型"水平双向加载下RC矩形空心桥墩的滞回曲线模型,该模型考虑了水平双向加载对构件强度、刚度和位移的耦合效应。应用该模型得到的RC矩形空心桥墩的水平力-位移骨架曲线和滞回曲线的计算值与试验结果吻合较好。     

FRP约束RC矩形空心截面桥墩分析模型及试验验证

针对纤维复合材料(FiberReinforcedPolymer,FRP)约束钢筋混凝土(RC)矩形空心截面墩的抗震性能分析问题,该文提出了一种考虑有效强度系数和面积配箍率的FRP有效侧向约束力的简化计算方法。并通过与试验体桥墩的墩顶水平位移-承载力、墩底截面转动变形-弯矩曲线的对比分析,验证了该文提出简化计算模型的正确性。最后,基于该文提出的简化计算方法,对不同种类FRP约束RC矩形空心截面墩截面的抗弯承载力、曲率、塑性转动能力等抗震性能参数进行了研究,结果表明环包FRP布对空心墩的延性贡献较大,对提高其承载力影响较小。     

FRP布约束RC矩形空心桥墩抗震性能试验研究

为研究纤维增强复合材料(FRP)布约束钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩抗震性能,进行六个高宽比为4的矩形空心桥墩拟静力试验研究,分析FRP布约束矩形空心桥墩破坏形态、位移延性、耗能、最大水平承载力等抗震性能参数。试验结果表明：在轴压比0.2低轴压荷载作用下,采用FRP布加固可明显提高矩形空心桥墩的延性及耗能,位移延性系数及累计耗能分别提高65.4%,25.8%,但对最大承载力影响较小,仅提高3.0%。基于Clough退化双线性滞回模型,结合试验结果,建立考虑强度、刚度退化等FRP布约束RC矩形空心桥墩的简单滞回模型,给出其卸载刚度与再加载刚度的回归公式。     

钢筋混凝土桥墩截面能力的概率分析

采用随机模拟方法研究钢筋混凝土桥墩截面的屈服曲率、极限曲率、屈服抗弯能力、极限抗弯能力、曲率延性、塑性转动能力以及抗剪能力的概率特性,得到:屈服曲率、屈服抗弯、极限抗弯和抗剪能力服从正态分布;极限曲率服从极值I型分布;曲率延性、塑性转角服从对数正态分布。分析了桥墩轴力(轴压比)变化对上述截面能力的概率分布及变异性的影响,表明:轴力变化基本上不影响它们的概率分布模型,但对其变异性影响较大;对截面的抗弯能力及截面的屈服曲率,其变异系数随轴力的增加而减小,对截面的极限曲率、曲率延性和塑性转角,其变异系数随轴力的增加而增大。     

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。     

循环荷载作用下冷弯薄壁矩形截面构件的破坏行为及影响参数

完成了6个壁厚低于3mm的冷弯薄壁矩形截面钢压弯足尺构件拟静力试验,研究其在常轴力循环弯矩作用下的滞回性能,并对其破坏行为、滞回曲线、骨架曲线、耗能及延性性能等进行了综合分析。在试验研究结果的基础上,基于ANSYS软件,建立了冷弯薄壁矩形截面钢构件数值分析模型,完成了其滞回性能的参数分析。分析结果表明,轴压力对塑性屈曲后构件的承载力、刚度及延性性能有劣化作用;存在最优截面高宽比组配,使得构件的延性性能最佳,当高宽比其超过最优截面高宽比值,随高宽比增大延性变差;长细比越大,构件的极限承载能力、变形能力及耗能能力越差。     

残余应力对碳纤维增强压弯H型钢弹塑性稳定性的影响研究

建立轴压和弯矩共同作用下碳纤维增强H形截面构件绕强轴失稳时极限荷载的计算公式。通过弹塑性有限元法并结合非线性屈曲理论,进行了压弯荷载共同作用时碳纤维增强钢构件和考虑残余应力影响下钢构件的屈曲分析。当给定弯矩仅在某一范围内时,考虑残余应力的CFRP增强钢构件的极限承载力相比CFRP增强完善条件下的钢构件极限承载力相比要低很多。当给定弯矩超出此范围时,前者要略高于后者。受残余应力影响的碳纤维增强压弯构件极限承载力始终比未增强完善钢构件的限承载力高,表明构件可以通过碳纤维增强来弥补残余应力所导致的构件承载力损失,充分体现了碳纤维良好的增强效果。     

薄柔H形截面双向压弯钢构件极限承载力研究

为探究薄柔H形截面双向压弯构件的极限状态性能,采用ABAQUS建立了不同轴压比、腹板和翼缘宽厚比的H形截面构件在不同加载角度下的参数分析模型,分析中考虑了材料非线性、几何非线性及残余应力的影响,并基于已有试验数据验证了该模型的适用性。基于经典弹塑性稳定理论,提出了用于确定双向压弯构件极限状态的判定准则,对于塑性铰截面定义为截面出现塑性铰时达到其极限状态;对于由局部屈曲控制的薄柔截面其极限状态为屈曲起始时刻,且该准则能够准确识别出板件局部屈曲的发生。通过最小二乘法拟合得到双轴弯矩极限相关曲线,呈现出腹板和翼缘宽厚比及轴压力的复杂相关影响关系。提出了考虑材料的强化作用和板件相关作用的极限相关计算公式,能够良好地预测H形截面双向压弯构件的极限承载力,且不受截面分类的限制,具有良好的适用性。     

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。     

Analytical model for prediction of load capacity of RC columns confined with CFRP under uniaxial and biaxial eccentric loading

This paper presents an analytical model for prediction of the load carrying capacity of reinforced concrete (RC) columns confined with carbon fiber reinforced polymers (CFRP) under uniaxial and biaxial eccentric loading. The model is based on realistic material laws and accounts for the non-linear stress–strain behavior of both unconfined and CFRP-confined concrete. Under uniaxial eccentric loading, the column cross-section is discretized into finite layers along the section depth. For a symmetric square cross-section subjected to biaxial eccentric loading with equal eccentricity about each principal axis, the column cross-section is discretized into finite layers along the diagonal of the column cross-section. For a given strain distribution in a direction perpendicular to the neutral axis, the sectional forces are integrated numerically and the load capacity of the column is predicted using an iterative process. For rectangular and non-symmetric square cross-sections subjected to biaxial eccentric loading, the load capacities under uniaxial eccentric loading along each principal axis are first derived independently. The column load capacity under concentric axial loading is calculated. The determined distribution of the column load capacities under uniaxial eccentric loading and concentric loading are then utilized to compute the load capacity under biaxial eccentric loading using the reciprocal load equation. An experimental study was carried out to examine the effectiveness of the CFRP-confinement to improve the load capacity and ductility of RC columns under biaxial eccentric loading. The accuracy of the proposed analytical model was demonstrated by comparing the model predictions to results of the current experimental study in addition to experimental data published in the literature.     

型钢再生混凝土柱正截面承载力试验及数值模拟

为研究型钢再生混凝土柱的正截面承载力,对7个试件进行低周反复加载试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了试件的承载力和弯矩-转角滞回曲线,分析了再生粗骨料取代率、轴压比和体积配箍率对试件正截面承载力的影响。在试验研究的基础上,利用数值积分法编写型钢再生混凝土柱的正截面承载力分析程序,得到构件的N-M相关曲线及正截面极限承载力,计算结果与试验结果吻合较好。利用数值模拟程序对构件的N-M相关曲线进行参数分析,获得了混凝土强度等级、型钢强度、配钢率和加载角度的影响规律。     

局部采用纤维增强混凝土剪力墙压弯性能研究

以提高钢筋混凝土剪力墙压弯性能为目的,将纤维增强混凝土(FRC)应用于剪力墙塑性变形关键部位。通过对6个高轴压比FRC剪力墙抗震性能试验结果的研究,并基于对FRC受力机理和钢套管影响的考虑,提出了与墙体开裂状态、屈服状态、峰值状态和极限状态相应的FRC剪力墙弯矩-曲率计算方法,并对影响其各阶段压弯荷载公式的因素进行了分析。研究表明,该文建议的压弯构件弯矩-曲率计算公式能较为准确地描述剪力墙各阶段的荷载-变形关系,计算值与试验值吻合较好;与普通混凝土剪力墙相比,考虑FRC材料的受拉性能,能提高正常使用状态下剪力墙截面的抵抗弯矩,减小墙体截面变形需求;显著改善承载能力极限状态下墙体的变形能力和损伤容限。     

钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆形短柱偏压性能研究

通过9根加固钢筋混凝土圆形短柱(8根钢管自密实混凝土复合加固柱,1根扩大截面加固柱)和1根钢筋混凝土原柱的偏心受压试验,对不同方法加固钢筋混凝土圆形短柱的承载力、刚度和延性进行研究,分析偏心距、钢管壁厚和自密实混凝土强度对复合加固短柱偏压性能的影响。试验结果表明:复合加固短柱的承载力与延性均优于扩大截面加固柱;减小偏心距或增加钢管壁厚均能显著提高复合加固柱的承载力与延性;改变自密实混凝土强度,复合加固柱承载力与延性变化不明显。在确定钢材与新旧混凝土本构关系的基础上,利用纤维模型法对复合加固短柱偏压性能进行参数分析。研究结果表明:增加钢管壁厚或提高屈服强度,N/N_u-M/M_u相关曲线往内收拢;增大外扩截面直径或提高自密实混凝土强度,N/N_u-M/M_u相关曲线往外凸出。     

Full-scale tests on rectangular hollow bridge piers

The seismic performance of rectangular hollow bridge piers is a significant issue of the high-speed rail project in Taiwan because the flexural ductility and shear capacity of such columns with the configuration of lateral reinforcement used in Taiwan is not clear. In this paper, three prototypes of such piers were tested under a constant axial load and a cyclically reversed horizontal load to investigate their seismic behavior, including flexural ductility, dissipated energy, and shear capacity. An analytical model is developed to predict the momentcurvature curve of sections and the load-displacement relationship of piers. Based on the test results, the seismic behavior of such piers is presented. The test results are also compared to the proposed analytical model. It is found that the ductility factors of the tested piers are in the range from 4.1 to 10.3, and the proposed analytical model can predict the load-displacement relationship of such piers with acceptable accuracy.     

考虑强度和刚度退化及捏拢效应的钢筋混凝土桥墩滞回模型及其参数识别

为了有效地模拟强震作用下桥梁结构的非线性地震反应,需要确定钢筋混凝土（RC）桥墩非线性力-位移滞回关系。基于Bouc-Wen模型,给出了一种考虑RC桥墩强度和刚度退化以及捏拢效应的改进非线性滞回模型,确定了影响该滞回模型的控制参数,并在Matlab/Simulink里实现对RC桥墩各种破坏模式非线性滞回性能预测。同时,通过对1/3比尺的RC桥墩分别在压弯、扭转和弯剪作用下的往复荷载试验研究,试验得到的力-位移关系滞回曲线与本文提出的改进滞回模型预测结果吻合较好,验证了本文提出改进模型的正确性和有效性。并采用汶川地震波对绵州市回澜立交桥匝道桥的RC桥墩的滞后性能进行了数值模拟,分析结果和桥墩的震害一致,证实了采用本文提出的改进滞回模型可以较准确的预测RC桥墩在强震作用下的非线性滞后性能。在此基础上,运用无迹卡尔曼（UKF）方法对Bouc-Wen模型进行参数估计,模拟结果和误差分析表明,该方法能够精确的估计出改进的Bouc-Wen模型的参数。     

矩形RC桥墩变形能力概率模型

桥墩是桥梁抗侧力体系中的关键构件。为实现基于概率和性能的桥梁抗震设计的多级性能目标,有必要给出桥墩在不同性能极限状态下的概率能力。基于已有研究工作,将RC桥墩的抗震性能水平划分为五个等级,并定义了相应的性能极限状态。采用等效集中塑性铰理论,推导并建立了各性能极限状态下RC墩柱变形能力的确定性计算公式;基于183个矩形RC墩柱试件的拟静力试验结果,通过多元回归分析,确定了各计算公式中与轴压比、长细比和配箍特征值等设计参数相关的待定系数。基于确定性计算模型和拟静力试验结果,考虑认知不确定性,建立了矩形RC墩柱变形能力的概率模型。通过实例分析,表明该模型可用于基于概率和性能的桥梁抗震设计和抗震 评估。