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。     

钢筋混凝土桥墩的延性抗震分析

本文采用理论推导的方法，分两种最终极限状态即受压区混凝土达到极限应变时的极限状态和受拉区钢筋达到单向拉伸流幅区域的上限时和要限状态，得到了延性系数的公式，通过对一些算例的比较发现，采用本文的计算公式得出的计算结构和欧洲、新西兰及日本规范的计算结果接近。     

小跨高比钢筋混凝土连梁非线性剪切滞回和分析模型研究

基于修正力插值的纤维单元（MFBFE）的力插值函数中加入剪力插值函数,从单元层次上考虑了弯矩和剪力的耦合作用,适合以剪切变形为控制因素的小跨高比连梁（跨高比小于2.5）的非线性数值模拟。本文从截面层次上建议了一种针对小跨高比连梁的剪切滞回模型,该模型抛弃了屈服剪力与峰值剪力相等的假设条件,其骨架曲线为四折线型,包括开裂点、屈服点、峰值点以及破坏点,卸载、再加载路径的变化以及捏缩效应由所建议的滞回规则体现。在OpenSees中单轴材料类开发这一剪切滞回模型（CBHShear）,给出了OpenSees框架下MFBFE单元调用CBHShear材料的实现方式。最后基于MFBFE单元和CBHShear模型,对不同小跨高比、配筋率、配箍率、钢筋强度、混凝土强度的4个连梁试件进行低周反复加载数值分析,所得结果与试验结果进行对比,验证了CBHShear能够很好地体现连梁的非线性行为,具有较高地预测精度,适用范围更为广泛。     

考虑剪切变形时刚性地基梁的非线性弯曲

本文研究了考虑剪切变形时刚性地基梁的非线性弯曲，以地基反力和挠度作为未知量，通过解析求解建立起地基反力和挠度的线性互补方程，利用Ｌｅｍｋｅ方法得到梁的位移和内力，最后给出了二个算例，表明剪切变形对于梁挠度和弯矩影响。     

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。     

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。     

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。     

场地连续变化的桥墩抗震计算的简化公式

采用随场特征周期连续变化的反应曲线，在《铁路桥梁抗震鉴定与加固技术规范》（ＴＢ１０１１６－９９）＾「１」（以下简称《鉴规》抗震计算回归公式的基础上，通过用有限元计算得到的１８３个桥墩子样的回归分析，得到了场地连续变化条件下桥墩抗震的简化公式，并经过１０２个实际桥墩的例子，验证了这套公式的可行性。     

层壳考虑横向剪切效应的自由振动分析

本文采用一个分层的剪切变形理论分析层壳的自由振动。假定层壳各层横向剪切应变彼此线性相关,从而未知函数个数与一阶剪切变形理论相同,但控制微分方程的阶数为十二阶,且不含剪切修正因子。文中计算了一个短圆柱壳与两种扁壳的自由振动频率,数值结果与经典层合理论、一阶剪切变形理论及其他剪切变形理论的计算结果进行了比较。      

近断层地震动下摇摆-自复位桥墩地震反应分析

为讨论摇摆-自复位（Rocking Self-Centering,RSC）桥墩在近断层地震动下的地震反应,基于OpenSees数值分析平台建立了RSC桥墩抗震分析模型。同时建立了普通钢筋混凝土（Reinforced Concrete,RC）桥墩,配置竖向无粘结预应力筋（Unbonded Prestressed Reinforced Concrete,PRC）桥墩的抗震分析模型作为对比。对各模型输入近断层地震动记录,进行增量动力分析。以墩顶最大位移角、残余位移角、预应力筋最大应力为考察目标,对比分析了不同墩高（剪跨比分别为2、4和6）、不同桥墩类型（RSC、RC和PRC桥墩）时各桥墩的地震反应。结果表明：随着耗能钢筋配筋率增加,RSC桥墩墩顶最大位移角和预应力筋最大应力均减小;RSC和PRC桥墩均可有效减少桥墩震后残余位移角。耗能钢筋配筋率与PRC桥墩纵筋配筋率接近的RSC桥墩,两者的最大墩顶位移角、残余位移角和预应力筋应力水平均接近。无论是RSC桥墩还是PRC桥墩,当剪跨比大于等于6.0时,易发生预应力筋失效。为避免预应力筋失效引起RSC桥墩产生过大的墩顶残余变形,RSC桥墩中耗能钢筋配筋率不宜低于0.75%。     

考虑尺寸效应的深受弯构件受剪模型分析

深受弯构件斜截面受剪机理复杂且受尺寸效应影响显著,缺乏准确、合理的受剪计算模型。结合Tan-Cheng模型中对混凝土软化作用和深受弯构件尺寸效应的全面考虑优势,在深入研究混凝土斜压杆倾角α和构件复合抗拉强度f_t对深受弯构件受剪承载力影响的基础上,简化压杆顶部节点区高度l_c与α的关系,考虑腹筋有效作用区域修正复合抗拉强度f_t计算模型,提出了不影响精度前提下的修正Tan-Cheng模型。研究表明：基于国内外308组深受弯构件受剪试验数据计算结果,建议模型计算精度等同Tan-Cheng模型,并能够准确考虑尺寸效应影响,但计算过程较为简洁;通过与现有典型各国规范建议模型对比分析表明,计算结果较规范计算值更接近试验值,能够更准确地对深受弯构件的受剪承载力进行预测。     

剪切波作用下盾构隧道地震效应的拟静力分析方法研究

针对均质土层中圆形盾构隧道在水平剪切波作用下的地震响应分析问题,在获得隧道周边自由场剪切应力的基础上,利用弹性中心法和空洞复变函数,给出了深埋盾构隧道在土层结构界面滑移和不滑移情况下的解析分析公式;并建立相同条件的等效刚度数值分析模型和考虑接头效应的有接头分析模型进行对比。研究表明：等效刚度拟静力法与等效刚度数值法所获得的剪切地震波作用附加弯矩、附加轴力分布形态及其最大值发生位置都具有良好的一致性;在三种方法获得的附加弯矩和附加轴力当中,等效刚度拟静力法最大,等效刚度数值法次之,有接头数值法最小;土层结构界面滑移相对不滑移而言,附加轴力偏小、附加弯矩偏大;等效刚度拟静力法结果偏于安全,公式简便,考虑界面滑移时更加接近实际,故可推荐考虑滑移条件的等效刚度拟静力法作为深埋圆形盾构隧道的抗震设计方法,并与常时荷载静力分析结果叠加后进行配筋设计。     

考虑温室效应的氯盐环境下RC桥梁锈胀开裂性能预测

使用大气气候变化数据,改进了氯离子作用下腐蚀开始时间模型和腐蚀电流密度模型,分析了全球变暖(CO₂浓度和温度)对RC桥梁在氯离子腐蚀作用下的锈胀开裂性能影响。考虑腐蚀影响的性能预测参数如气候变化、氯离子浓度、氯离子扩散过程、温度、湿度、结构尺寸参数、钢筋位置和性能退化机制等具有随机性和时变性,发展了基于时变可靠度理论的预测方法来预测RC桥梁在将来全球变暖作用下以及氯盐环境下将来服役100年内的开始腐蚀风险和平均锈胀开裂概率。研究发现：1) 在预测氯离子腐蚀效应时,大气气候变化温室效应能够恶化混凝土腐蚀损伤效应,在预测时需要计入其效应;2) 在浪溅区环境下的开始腐蚀概率和锈胀开裂比例比海岸线大气区环境下分别高了127%和140%,当结构位于距离海岸线1km以上区域时锈胀开裂比例降低到1%;3) 对于保护层厚度为20mm和水灰比为0.55的混凝土,在将来100年内的开裂概率为0.893,这意味着大多数混凝土结构在服役期存在腐蚀损伤现象,将来需要大量的维修和维护工作。这些信息能够为决策人员应对温室效应和氯离子腐蚀对土木工程的影响做出应对措施提供支持。     

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。     

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。     

框架式曲线梁桥铰接构造地震反应研究分析

该文针对框架式曲线梁桥铰接构造的地震反应进行分析研究,以美国强震带的一实际桥梁为例,通过OpenSees平台建立全桥三维模型并精细模拟铰接点的咬合构造和限位装置,采用时程分析获得铰接构造内的易损伤位置、损伤过程及地震激励角度对铰接点地震反应的影响。研究结果表明：框架式曲线梁桥铰接构造内的纵向限位钢筋,横向受压支撑垫是抗震薄弱构件;铰接构造内纵向限位钢筋的锚固区混凝土以及咬合位置受拉区混凝土在地震中容易产生开裂破坏;非对称框架式曲线梁桥不同铰接点地震反应相差很大,墩高对称布置会令该差值减小;纵桥向地震激励下,铰接点纵向限位装置损伤较大,咬合区域竖向地震反应较大,但这一地震激励会均化不同铰接点处横向限位装置的损伤程度;横桥向地震激励下,铰接点横向限位装置损伤较大,咬合区域横向地震反应较大,但这一地震激励会均化不同铰接点处纵向限位装置的损伤程度。     

高强混凝土剪力墙非线性分析及抗震性能参数研究

基于4个高强混凝土剪力墙试件在低周往复水平荷载作用下的抗震性能试验结果,利用有限元软件ABAQUS,选用合适的拉、压损伤本构关系以及单元模型,建立高强混凝土剪力墙的有限元模型,模拟其加载全过程和受力性能,模拟滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好。在此基础上,采用相同的有限元模型和材料损伤本构关系,分析影响高强混凝土剪力墙抗震性能的主要因素,包括轴压比、约束边缘构件的配箍特征值、混凝土强度和边柱纵筋配筋率,研究影响剪力墙抗震性能参数的限值并给出其范围。     

HAZUS相容的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

HAZUS作为一款多灾害损失评估软件,在世界范围内得到了广泛应用。确定结构的地震易损性函数是HAZUS软件进行地震损失评估的关键。然而,现有的传统地震易损性分析结果无法满足HAZUS的格式要求。为此,该文提出一种与HAZUS相容的地震易损性分析的简化方法,该方法直接利用传统的地震易损性分析结果,通过能力谱方法确定地震动记录的谱位移作为其参数,转化得到满足HAZUS格式要求的地震易损性结果。为说明该文提出的方法,选择4个不同高度的钢筋混凝土框架结构作为算例,并将该文方法的分析结果与HAZUS软件提供的地震易损性曲线进行对比。结果表明:由于分析方法和分析对象的不同,HAZUS相容的地震易损性结果与HAZUS软件所提供的地震易损性结果之间存在较为明显的差异。     

剪力墙结构基于性能抗震设计的目标层间位移确定方法

结构层间变形的计算和性能水平的划分,是基于性能的抗震设计中确定目标位移的关键问题之一。该文根据剪力墙结构的受力特点,将楼层位移分为有害位移和刚体位移,将层间位移分为名义层间位移和有害层间位移;分析了剪力墙结构的名义层间位移、有害层间位移及楼层转角之间的关系,给出有害层间位移的近似计算公式并进行误差分析;对结构层间变形的计算方法进行改进,提出采用有害层间位移角作为剪力墙结构的性能指标,进行结构性能水平的划分,并采用有害层间位移角和顶点位移角两个参数来控制剪力墙结构的变形。最后,给出剪力墙结构目标层间位移的确定方法,以此确定其目标侧移曲线,可进行直接基于位移的抗震设计。