基于BRB的铁路双柱式超高墩连续梁桥横向减震研究EI北大核心CSCD

为提升双柱式超高墩桥梁的横向抗震性能,可将屈曲约束支撑(buckling restrained brace,BRB)用于双肢墩身。通过某铁路超高墩大跨连续钢桁梁桥非线性时程分析,研究了罕遇(PGA=0.227g)和极罕遇(PGA=0.640g)地震下BRB的参数影响规律、作用机理及减震效果,探讨了高阶振型对BRB墩身地震响应的影响。结果表明:BRB能够改变墩身传力路径,在一定参数范围内可将原有墩身部分弯矩转化为支撑点的轴力和剪力;罕遇地震下BRB未充分发挥耗能作用,地震响应随芯材面积A;增加而不断接近X撑方案;极罕遇地震下设置BRB可明显减小墩顶位移和墩身轴力响应;BRB会适当增加墩身弯矩响应,但截面PM滞回并未超过等效屈服包络;由于高阶振型效应,BRB墩身中部的剪力、弯矩响应包络图凹凸交替变化;随着墩高的降低,高阶振型的影响减弱,墩身剪力、弯矩包络图近似双折线;采用BRB可有效抑制超高墩的高阶振型,同时提升极罕遇地震下桥墩的耗能能力、增强横桥向抗震性能。     

铁路圆端空心墩抗震延性的拟静力试验研究#br#

为研究高烈度地区铁路圆端空心墩的延性抗震性能,对5个1：6缩尺模型进行了低周往复加载试验,分析了圆端空心墩损伤行为和塑性铰演化机理,探讨了不同设计参数桥墩的滞回性能、位移延性、强度/刚度及等效阻尼比等。结合损伤状态,基于位移延性对圆端空心墩抗震性能目标进行量化,并通过回归分析建立了强度/刚度退化与圆端空心墩性能目标的联系。鉴于已有模型不能很好估算圆端空心墩等效阻尼比,给出了基于试验数据的等效阻尼比公式。试验及分析结果表明：桥墩由于墩底倒角处混凝土压溃剥落、钢筋屈曲或拉断而发生弯曲破坏,墩身弯曲裂缝范围约占墩高的0.61~0.75;墩底实心段、倒角过渡段和墩身变截面的共同影响使得塑性铰区延长并整体上移;随着配箍率增加,桥墩延性有较大提升;在一定范围内增大轴压比可以提高桥墩抗弯能力,但过大的轴压会使墩底混凝土提前压溃而降低延性性能;在现行铁路规范允许位移延性比4.8下桥墩处于中等损伤状态,表明按规范设计的桥墩具有较好的抗震安全性。     

矩形截面混凝土空心墩塑性铰长度分析

在延性抗震设计中,等效塑性铰长度直接影响到桥墩位移能力的估算,其计算的准确性对于桥墩抗震性能的评估至关重要。现有规范中等效塑性铰长度公式大多是由实心墩试验得到的,鉴于空心墩与实心墩的性能差异,这些公式对空心墩的适用性尚有待深入研究。通过7个不同设计参数的矩形截面空心墩拟静力试验,观测并分析不同构件塑性铰区损伤演化及变化趋势,研究剪跨比、纵筋率、配箍率对墩底塑性铰分布形态的影响。基于国内外等效塑性铰长度计算公式与试验结果的对比分析,发现：塑性铰长度随墩身计算长度的增大而增大,配箍率、纵筋配筋率对其有一定影响;在现有规范及文献中,Telemachos、Eurocode8、高振世的塑性铰长度计算值与实测值较为接近,适于估算矩形空心墩的塑性变形能力。     

空心墩地震损伤评估及性能水准量化研究

准确量化空心墩损伤状态是确定其抗震性能水准的基础,也是基于性能抗震理论的重要研究内容。为此,基于19个空心墩拟静力试验结果,对空心墩损伤特点、破坏机理进行深入细致分析,确立空心墩性能水准划分及其与各性能指标的量化关系,并根据各墩损伤演化曲线探讨既有损伤模型对空心墩震损评估的适用性。结果表明:与实心墩相比,空心墩弯剪耦合效应显著,塑性损伤范围更广,纵筋屈曲及核芯混凝土压溃现象更严重;由于墩身截面刚度变化,圆端空心墩易损部位由墩底上移至倒角上缘附近;利用裂缝宽度、钢筋/混凝土应变、损伤分量(强度/刚度退化、残余位移)可以较好地量化空心墩基本完好、轻微损伤、中等损伤、严重损伤、控制倒塌五个性能水准;各损伤模型的演化曲线差异显著,相同状态下所得损伤指数离散性较大;Park-Ang模型能够合理描述空心墩加载至中等损伤时的状态,但高估了空心墩严重损伤的程度;曾武华模型与试验结果趋于一致,且离散性较小,可作为混凝土空心墩的地震损伤评估模型。     

铁路圆端空心高墩振动台模型试验研究

为研究不同水准地震下铁路圆端空心高墩震损模式和动力响应特征,以单线铁路40m圆端空心墩为研究对象,进行了3个1/6缩尺桥墩模型振动台试验,并与同类桥墩拟静力试验比较。结果表明：地震下桥墩损伤模式与拟静力结果存在显著差异,相同墩顶位移角下动力试件裂缝沿整个墩身分布,而拟静力试件裂缝主要集中在约2/3墩高范围内;振动台试件除在墩底倒角上缘附近形成明显塑性区域外,受高阶振型影响,墩身中上部仍出现较密集裂缝,为圆端空心高墩潜在塑性铰区;随着输入地震动PGA的增加,桥墩阻尼比、加速度、位移及应变响应增大,损伤累积导致自振频率和墩顶动力放大系数减小;桥墩在0.15g～0.2gPGA下开裂,0.45g～0.5g时首次屈服,0.55g～0.6g时进入等效屈服,最大工况0.8g或0.9gPGA下墩顶位移角为1.18%～1.48%,此时构件进入非线性状态;罕遇地震下试件DB-2(体积配箍率ρs=1.268%)抗震性能最优,试件DB-1(体积配箍率ρs=0.630%)次之,试件DB-3(体积配箍率ρs=0.270%)延性较差、易发生脆性破坏。     

混凝土墩柱塑性铰区箍筋设计用量试验研究

建立塑性铰区箍筋用量与墩柱抗震性能目标的定量关系,通过延性指标计算箍筋设计用量,是当前延性抗震构造设计的重要研究内容。大批学者给出众多箍筋用量的计算公式,但其中大部分无法给出任意延性系数对应的设计配箍率,少量可定量公式的适用性和准确性有待提高。为此,基于课题组21个桥墩试验结果、PEER数据库中135个墩柱试件及相关学者的18个墩柱试件,在大量试验数据的基础上,分析实心及空心墩延性性能的主要影响因素,以轴压比、剪跨比、纵筋及混凝土强度、配筋率及位移延性系数等为参数,回归得到不同类墩柱塑性铰区约束箍筋用量的简化算式。关于试验墩柱的计算结果表明,回归公式比既有公式更适用于估算各类墩柱约束箍筋的设计用量。     

钢筋混凝土空心墩有效刚度试验研究

梳理既有桥墩有效刚度公式，结合35个矩形空心墩和44个方形实心墩试验数据探讨既有公式的合理性，发现既有公式对空心墩的适用性有待深入提高。为此，课题组基于拟静力试验，分析空心墩与实心墩有效刚度的差异性、影响因素及屈服位移三分量贡献率。以轴压比、剪跨比及为控制参数，给出两类桥墩有效刚度的回归公式；并通过5个圆端型薄壁空心墩的拟静力试验结果，验证回归公式对薄壁空心墩的适用性。研究表明：相对于轴压比、剪跨比的影响，配筋率、纵筋及混凝土强度等对有效刚度影响不显著；有效刚度随轴压比、剪跨比的增大而显著增大，随参数（）的增大而减小；回归公式I适用于估算方形实心墩的有效刚度，回归公式II适用于估算矩形及圆端薄壁空心墩的有效刚度。