预制桥墩体系抗震性能研究进展: 新材料、新理念、新应用

预应力连接预制节段桥墩已在美国低震区桥梁中得到较多应用,但在我国的工程应用甚少。由于预制节段桥墩的震害资料缺乏,震害经验不足,且其抗震机理不明确、设计方法不完善,在强震区较少应用。该文基于预应力连接预制节段墩柱缩尺模型的拟静力往复试验测试,采用有限元分析软件ABAQUS建立其精细化数值模型,进行了单向、斜向往复荷载作用下墩柱拟静力试验数值仿真,将桥墩的损伤特征、滞回行为、墩内竖向预应力和预制节段间接缝开口量与试验测试结果进行了对比分析。结果表明：该文建立的预制节段桥墩数值模型可较好地再现拟静力试验结果,试验和模拟结果均表明斜向加载的预制节段墩柱较单向加载的构件损伤更为严重,构件屈服更早,残余位移较大,墩柱最大偏移率达4%时其残余偏移率已超过1%。常规设计中桥墩按纵桥向或横桥向单向抗震设计偏于不保守,特别是考虑震后功能可恢复或可修复时建议考虑多向地震作用影响。     

车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤分析与评估

为合理评估车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤状态,研究适用于预制拼装桥墩的受撞损伤评估方法。建立车辆撞击桥墩三维有限元模型并进行桥墩损伤分析,通过与试验结果对比验证桥墩与车辆模型的准确性。分析不同参数下预制节段拼装桥墩受撞的位移响应和损伤破坏特征,并研究残余位移与截面损伤的变化规律。提出考虑残余位移和截面损伤的预制节段拼装桥墩受撞损伤评估指标,对桥墩进行损伤等级划分并确定各损伤等级指标界限值。研究结果表明：试验范围内桥墩位移响应对车辆初始撞击能量和轴压比变化最为敏感;车撞下预制节段拼装桥墩损伤集中于直接受撞击节段;桥墩受撞处残余位移和截面损伤率越大,其受撞后损伤越严重;考虑残余位移和截面损伤的桥墩损伤评估方法可准确评估车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤状态。     

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...     

干接缝节段拼装桥墩拟静力试验研究

摘要：为了比较节段拼装桥墩与整体现浇桥墩之间抗震性能的差异,以是否存在预应力钢筋、不同施工方法、预应力筋的位置和粘结状态、是否存在耗能钢筋等为试验参数,设计了一个包含五种不同构造类型混凝土桥墩的试验方案。采用拟静力试验方法比较分析了这五种不同构造类型混凝土桥墩的破坏形态、易损部位、荷载位移滞回曲线、节段拼装桥墩接缝的开展、拟静力残余位移、曲率分布、耗能能力、粘滞阻尼比等,得到了三种节段拼装桥墩、整体现浇钢筋混凝土桥墩和预应力混凝土桥墩之间拟静力行为的异同。试验结果表明：节段拼装桥墩在循环荷载作用下发生接缝的交替开闭,曲率变化集中在接缝附近,没有发生整体现浇混凝土桥墩通常出现的塑性铰现象。耗能钢筋的存在可以延缓接缝的张开,增加构件的极限弯矩和耗能能力,从而有利于增加抗震能力;采用无粘结预应力钢筋和有粘结预应力钢筋连接的节段拼装桥墩的拟静力残余位移比较小,而采用耗能钢筋的节段拼装桥墩的拟静力残余位移较大,基本上与整体现浇桥墩的拟静力残余位移相近。     

SRP 加固预制节段拼装桥墩在车辆撞击下的动态响应

为了减轻车辆对预制节段拼装桥墩的撞击作用,采用高强钢丝织物复合材料（Steel Reinforced Polymer,SRP）加固预制节段拼装桥墩并进行数值模拟与分析。使用 LS?DYNA 建立预制节段拼装桥墩受冲击的数值模型,并与已有实验数据对比,验证了该数值模拟方法的准确性。在相同车辆撞击条件下,对比分析了 RC 墩与 SRP 加固墩撞击力时程曲线、侧向位移和墩身损坏情况。以 SRP 加固位置、SRP 包裹层数和初始预应力水平为变量,研究其对车辆?桥墩接触面撞击力和桥墩变形的影响规律。研究结果表明：采用 SRP 对预制节段拼装桥墩进行合理加固,可以有效减小接触面撞击力、墩身位移和桥墩损伤;在桥墩底部及接缝处采用 SRP 加固对墩身具有更好的保护作用;SRP 包裹层数由 1 层增加到 3 层可以更好地限制墩身位移变形。     

干接缝节段拼装桥墩振动台试验研究

为探讨节段拼装桥墩的抗震性能,设计了一个包含5种不同类型混凝土桥墩的试验方案,其中3种为节段拼装桥墩,其余2种分别为整体现浇钢筋混凝土桥墩和无粘结预应力混凝土桥墩。采用振动台试验方法比较分析了这5种不同构造类型混凝土桥墩的动力特性,损伤的发展过程,接缝的扩展规律,相同加速度激励下的最大位移响应等,总结了不同类型桥墩的地...     

外置可更换耗能器的预制拼装自复位桥墩抗震性能试验研究

基于抗震韧性设计理念,结合装配式结构技术,发展了具有外置可更换耗能器的自复位预制拼装桥墩结构.开展了两组自复位预制拼装桥墩模型结构的拟静力往复加载试验研究.介绍了往复加载过程中自复位预制拼装桥墩的受力行为及损伤过程,分析了其力-位移滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、预应力筋张拉力变化、残余位移、接缝开口、墩底受压区高度等抗...     

端板-高强螺栓连接预制盖梁与桥墩静力试验研究

为研究端板-高强螺栓连接预制盖梁与桥墩构件的连接性能,初步验证这种连接的合理性,本文以1个端板-高强螺栓连接预制盖梁与桥墩试件为研究对象,1个现浇试件作为对比,进行了一次性破坏单调加载静力试验,分析了各试件的破坏形态、承载能力、延性等.结果表明:与整体现浇式构件相比,端板-高强螺栓连接的预制盖梁与桥墩构件的破坏过程、破...     

干接缝节段拼装桥墩集中塑性铰模型的地震响应分析

针对节段拼装桥墩的构造特点,采用集中塑性铰分析方法对节段拼装桥墩进行了循环荷载分析和非线性时程分析。首先编制了五种不同类型桥墩的截面弯距曲率分析程序,然后根据试验结果确定各种桥墩的加卸载规律,最后采用集中塑性铰方法进行了各种桥墩模型试件在各个试验工况下的拟静力荷载位移滞回曲线、非线性时程激励下的墩顶最大位移等地震反应规律的比较。与试验结果的分析比较表明:集中塑性铰分析方法是分析节段拼装桥墩抗震性能的有效分析方法。     

干接缝节段拼装桥墩抗震分析的纤维模型模拟方法

针对节段拼装桥墩的构造特点,对节段拼装桥墩涉及到的接缝,有粘结预应力钢筋,无粘结预应力钢筋,耗能钢筋等特殊问题进行了仔细的分析比较,在此基础上给出了适宜的模拟方法,然后分别对拟静力试件和振动台试件进行了非线性有限元分析,比较了纤维模型分析结果与试验结果的异同。与试验结果的比较表明:纤维模型分析方法是分析节段拼装桥墩抗震性能的有效近似分析方法。     

后张预应力预制混凝土框架节点抗震性能数值模拟与理论分析

为了研究由后张预应力筋将预制梁柱拼装在一起形成的框架结构的抗震性能,在四榀梁柱中节点低周反复加载试验的基础上,采用弹塑性分析程序DRAIN-2DX进行了数值模拟分析,并根据截面的受力平衡条件,给出了试件力-位移关系曲线上的几个关键点——开裂点、线性极限点、屈服点和承载力极限点对应的梁端弯矩值的简化计算公式。研究结果表明：通过合理建模和选择模型参数,采用DRAIN-2DX程序可以较为准确地模拟出试件整个试验过程中的楼层剪力-层间位移角关系滞回曲线和骨架曲线,曲线上的几个关键点也与试验结果吻合较好,但计算曲线的初始刚度偏大;简化计算公式具有一定的精度,便于工程设计应用。     

预制拼装钢管混凝土自复位桥墩变形分析模型及验证

为进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构体系在中、高烈度区的应用,提出了一种内置耗能钢筋的预制拼装钢管混凝土（Concrete-Filled Steel Tube,CFST）自复位桥墩。首先阐述其基本力学特性,并基于桥墩的变形行为（弯曲变形、剪切变形、刚体转动）和非线性变形特征（消压极限状态、等效屈服极限状态、可恢复设计极限状态）,考虑底部耗能钢筋和混凝土变形不协调引起的应变渗透效应,利用“图乘法”和“修正的等效悬臂梁理论”,提出了一种不需要迭代的变形分析模型,并与循环往复加载试验、已有变形分型模型和OpenSees开发的纤维模型进行了对比。结果表明,该文提出的变形分析模型与拟静力试验得到的消压承载力、等效屈服承载力和可恢复设计极限承载力分别相差7.02%、6.38%和11.06%,可以略保守地准确预测预制拼装CFST自复位桥墩的各阶段载荷-变形关系曲线,为新型结构设计提供参考。     

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。     

UHPC-钢筋错位连接的预制剪力墙带板结构抗震性能试验研究

提出一种UHPC-钢筋错位连接的预制剪力墙节点连接形式,为研究该节点平面外的抗震性能,设计完成了5片剪力墙带板结构平面外拟静力试验,包括3片UHPC-钢筋错位连接预制剪力墙,1片UHPC-钢筋非连续对接连接剪力墙和1片60 d钢筋绑扎搭接的现浇剪力墙结构。对比分析了各试件的破坏形态、滞回曲线、承载力、刚度退化和水平接缝处竖向钢筋的传力性能。结果表明：错位连接剪力墙试件与现浇剪力墙试件破坏形式相同,均为平面外弯曲破坏,与现浇剪力墙相比,错位连接剪力墙极限承载力提高了5.1%,层间位移角均在1/80～1/50;初试刚度高于现浇试件,后期刚度退化、延性和耗能与现浇试件相当;增大UHPC后浇段高度可提高结构的整体刚度,但结构抗震性能降低;后浇段边缘处竖向钢筋在接缝处混凝土开裂后应力达到屈服,UHPC后浇段内钢筋应力较小,节点表现出良好的传力性能,可按照“等同现浇”剪力墙结构设计。     

顶底角钢连接半刚性钢结构抗震性能数值分析

为了研究顶底角钢连接半刚性钢结构的抗震性能,介绍相关文献中角钢的屈服荷载及初始刚度的计算,基于角钢的拉压试验结果,验证角钢的屈服荷载及初始刚度计算方法的准确性并对角钢的屈服荷载计算公式进行修正,进而提出角钢在反复拉压荷载下的恢复力模型;编制角钢连接单元,提出基于有限元软件OpenSEES的顶底角钢连接半刚性钢结构的建模方法,对顶底角钢连接半刚性钢结构低周往复试验、振动台试验进行数值模拟,所得结果与试验结果进行比较,结果表明:该文提出的建模方法具有单元少、自由度少、建模方便、计算效率高、耗时少等优点,采用该文方法进行的数值模拟与试验结果吻合较好,精度能满足工程需求。     

联肢加劲钢板剪力墙滞回性能试验研究与数值分析

完成了3个1/3比例的3层联肢钢板剪力墙试件的低周反复加载试验.3个试件的钢板剪力墙分别采用非加劲、槽钢竖向加劲和井字加劲的形式,钢板剪力墙的竖向边缘构件采用方钢管混凝土.得到了联肢钢板剪力墙试件的荷载-位移滞回曲线和破坏形态,对试件的骨架曲线、应力发展、延性及耗能能力等进行了分析.采用有限元软件ABAQUS对试件进行...