钢筋混凝土圆截面桥墩抗震加固方式对比分析

为研究不同加固方式对钢筋混凝土(RC)圆截面桥墩抗震性能的影响,利用OpenSees有限元软件建立了普通RC桥墩以及分别采用钢套管、碳纤维增强聚合物(CFRP)、体外预应力筋进行加固的桥墩数值分析模型,对模型输入远断层地震动,进行增量动力分析。以墩顶峰值位移角与震后残余位移角为指标,对比分析了桥墩加固前后的地震响应。结果表明:采用钢套管、体外预应力筋和CFRP加固后,RC桥墩的峰值位移与震后残余位移均减小,钢套管加固方式对桥墩峰值位移的降低幅度最大,体外预应力筋加固方式对抑制桥墩震后残余位移的效果最好;随着剪跨比的增大,3种加固方式对桥墩在地震动作用下位移响应的抑制作用均逐步减小;随着轴压比的增大,3种加固方式对RC桥墩峰值位移的抑制作用逐步降低。     

基于OpenSees的钢筋混凝土桥墩抗震数值分析模型

地震荷载作用下钢筋混凝土桥墩易发生严重破坏,模拟桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁抗震研究的重要内容。以8个发生弯曲破坏的钢筋混凝土桥墩抗震拟静力试验结果为依据,基于Open Sees中的非线性梁柱单元、零长度转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元,建立了考虑弯曲、粘结滑移和剪切变形的桥墩抗震数值分析模型。将模拟得到的试件滞回曲线,墩顶弯曲、粘结滑移和剪切变形等成分、初始刚度和残余位移与试验结果进行了对比。结果表明,所建模型对各桥墩的滞回曲线、各变形成分、初始刚度和残余位移有较好的模拟效果。     

局部锈蚀矩形RC墩重度震损后加固试验研究

为探究局部锈蚀矩形截面钢筋混凝土（RC）桥墩重度震损加固后的抗震性能,本文对拟静力破坏后的6个矩形截面RC桥墩试件进行扩大截面加固。通过加载试验,对加固桥墩试件从破坏形态、滞回特性、水平承载力、位移延性、侧向刚度以及耗能等方面进行了系统分析。结果表明:相比于普通箍筋,横向施加预应力的改进扩大截面加固方式对破坏后桥墩试件的抗震性能修复成效更佳;在同等位移幅值下,锈蚀率不断增大,桥墩试件抗震性能呈现逐渐降低的趋势;钢筋锈蚀位置上移,加固后桥墩试件的抗震性能提升;轴压比加大,加固后桥墩试件承载力和侧向刚度增大,但延性降低。     

近断层地震动下摇摆-自复位桥墩连续梁地震反应

为讨论近断层地震动下摇摆-自复位(Rocking Self-Centering, RSC)桥墩连续梁的地震反应及其抗震优缺点。基于OpenSees有限元分析平台讨论了RSC桥墩三维建模方法,通过对6个试验构件的模拟,比较模拟与试验桥墩滞回曲线、预应力筋最大应力等指标,验证了模型准确性。建立设置RSC桥墩和普通钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)桥墩的上部结构相同的两座连续梁桥,输入3组含有强速度脉冲的近断层地震波进行非线性动力时程分析,对比其抗震性能。结果表明：在0.4 g近断层地震动下,RSC桥墩与普通RC桥墩相比,RSC桥墩的最大位移角为普通RC桥墩的78.1%～97.6%,墩底曲率延性系数仅为普通RC桥墩的24.0%～34.0%,减小了桥墩的最大变形,也减轻了桥墩地震损伤,不利的一点是使用RSC桥墩会导致支座位移增大。RSC桥墩震后的残余位移较小,且预应力筋处于弹性受力阶段,为实现震后桥梁功能的快速恢复提供了条件。     

PVA-ECC加固桥墩抗震性能试验与数值研究

为了全面研究工程水泥基复合材料（ECC）加固桥墩的抗震性能,对采用聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA-ECC）加固的桥墩进行了拟静力试验。并基于有限元分析软件OpenSees建立了数值模型,通过对比数值模拟结果与试验结果,验证有限元分析的有效性,在此基础上对PVA-ECC加固桥墩进行数值参数分析,探讨轴压比、新旧材料厚径比及体积配箍率变化对桥墩抗震性能的影响规律。结果表明:数值模拟的滞回曲线与骨架曲线和试验基本吻合;与普通混凝土桥墩相比,新旧材料厚径比为0.10时,即可获得优异的延性性能,ECC加固的桥墩变形性能显著提升,极限位移提高,滞回曲线更加饱满,抗震性能更加优异。对于高轴压比情况,为了确保ECC加固桥墩的延性性能,应根据实际情况增加新旧材料厚径比;ECC材料可部分替代箍筋作用,适用于箍筋配置不足的桥墩加固,PVA-ECC具有较好的工程抗震加固的作用。     

设置无粘结钢筋的铁路重力式桥墩抗震性能试验研究

针对铁路少筋混凝土重力式桥墩的延性不足和抗震耗能能力较差的问题,本文提出了一种兼顾改善桥墩延性与强度的抗震措施,即在墩身底部设置局部纵向无粘结钢筋,其余墩身部分的纵向钢筋保持不变.共设计了4个桥墩模型,通过拟静力试验研究了配筋率和粘结方式对少筋混凝土重力式桥墩抗震性能的影响.结果表明:无粘结模型桥墩的破坏形式为弯曲破坏...     

高墩大跨度刚构桥抗震加固有限元分析

大跨刚构桥结构桥跨较长和受力复杂。为提高抗震性能,需要对加固前后的桥梁进行抗震性能研究。以某双肢薄壁型高墩大跨度刚构桥为背景,采用ANSYS程序APDL语言,对结构进行合理的参数选取、网格划分和边界约束,结合抗震等级和桥梁规范等有关规定,研究整体结构在地震作用下的变化规律。通过沿墩高方向获取节点的方法,确定在地震作用下,各节点的最大位移从下到上逐渐增大。选取桥墩双肢相同部位各节点进行横向比较,总结得出双肢薄壁桥墩具有平分荷载和延长寿命的特点。为提高桥梁整体抗震性能,采取联结桥墩增大截面的方式进行加固,对比加固前后两模型在同一地震作用下的结构响应,得出该方法在提高结构整体刚度方面,效果显著。     

铁路空心墩抗震性能的拟静力试验研究

铁路桥梁空心墩在铁路建设中普遍使用,空心墩与实体墩有较大差异,空心墩塑性铰区域的长度能否直接采用实体墩的研究结果尚不明确,采用缩尺模型进行模拟试验是一种比较理想的手段。本文以大瑞铁路的空心桥墩为原型,制作了3个大比例尺的缩尺模型,采用拟静力试验方法进行了截面合理配筋、地震破坏模式及塑性铰区域长度研究,得到了空心高墩在水平反复荷载作用下的骨架曲线、滞回曲线、塑性铰区长度及破坏特征。试验结果表明,现有设计配筋率下模型桥墩呈现延性破坏,破坏特征体现为混凝土的压碎,有明显的塑性铰区域;模型桥墩的塑性铰区域长度与墩底截面受力方向尺寸相近。采用数值模拟得到单调加载骨架曲线和试验骨架曲线,与试验得到曲线能较好地吻合。     

考虑双轴水平力耦合效应的RPC箱型桥墩恢复力模型试验研究

通过3个施加常轴力的RPC箱型桥墩试件的水平反复荷载试验,考虑水平荷载作用方向对RPC箱型墩抗震性能的影响,分析各试件滞回特性和骨架曲线的特点,对影响RPC箱型桥墩恢复力模型的主要因素进行数值回归分析,建立了计入双轴水平力耦合效应的RPC箱型桥墩恢复力模型。利用基于平截面假定的纤维模型法编制考虑轴力二阶效应的双轴压弯构件非线性分析程序,并对RPC箱型桥墩试件的骨架曲线和滞回曲线进行数值模拟。通过与试验结果进行分析对比表明:所提出的恢复力模型具有较好的精确性,能够较好地模拟和反映RPC箱型桥墩的抗震性能。     

中欧规范RC桥墩抗震设计及验算方法对比研究

地震作用下钢筋混凝土（RC）桥墩容易损坏。为完善RC桥墩的抗震设计及验算方法,对比最新中国和欧洲规范中关于RC桥墩的延性抗震设计及验算方法的不同之处。基于Midas/Civil软件所建立的常规连续梁桥有限元模型,对比分析采用中欧规范开展的RC桥墩延性抗震设计及验算结果。结果表明:中欧规范中关于RC桥墩的延性抗震设计理念、抗剪和变形验算方法及延性构造细节均有区别。基于中欧规范设计的RC桥墩配筋情况存在差异。与中国规范相比,欧洲规范关于RC桥墩的横向钢筋配筋率和纵筋最小配筋率要求较高,有利于保证结构的抗剪强度和延性;箍筋最大间距要求较低,不利于防止纵筋压曲。     

非规则曲线桥梁地震模拟振动台试验研究

目前对于S形曲线桥梁在地震激励下的动力响应尚缺乏试验研究。以一座S形钢筋混凝土曲线桥梁工程为对象,设计和制作了一座相似比为1/20的模型桥梁,通过对模型桥震害现象以及各测点应变、加速度、位移响应的分析研究了该桥梁的抗震性能及抗震能力。研究表明:在整个测试过程中桥墩钢筋均未屈服;小震输入时,桥墩墩底加速度峰值小于墩顶,墩梁径向相对位移大于切向相对位移;大震输入时由于桥墩出现较严重的扭转,导致墩顶加速度峰值小于墩底,墩梁的径向相对位移小于切向相对位移。因此在此类桥梁设计时应严格控制桥墩扭转,防止因扭转而导致桥梁失稳破坏;同时应控制墩梁的相对位移,严防落梁等地震灾害的发生。     

铁路重力式桥墩墩底局部加密纵筋高度研究

为研究墩底加密纵筋高度对铁路重力式桥墩抗震性能的影响,提出加密纵筋高度的确定原则,推导纵筋加密高度计算公式.设计5个不同加密纵筋类型的桥墩,通过数值分析研究桥墩的滞回曲线和骨架曲线,对比分析墩底加密纵筋后桥墩的抗震性能.研究结果表明:墩底局部加密纵向钢筋可有效提高桥墩的承载能力;桥墩抗震设计验算时截面配筋率可取墩底纵筋加密后的截面配筋率;数值分析结果验证纵筋加密高度计算公式的合理性.研究成果可为铁路重力式桥墩抗震设计提供有价值的参考.     

UHPC墩周连接装配式桥墩抗震性能研究

为改善预制装配式桥墩的抗震性能和施工容错能力,提出一种装配式桥墩新型连接方式:超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)墩周连接。设计并制作1个现浇桥墩试件和1个UHPC墩周连接装配式桥墩试件,对两个试件进行拟静力试验;建立UHPC墩周连接装配式桥墩试件的三维实体非线性有限元模型,对比研究新型装配式桥墩的抗震性能及其影响因素。结果表明:UHPC墩周连接装配式桥墩与整体现浇桥墩表现出相似的抗侧力性能和自复位能力,二者的抗震性能基本等同。对比分析非线性有限元模型与实际桥墩试件的滞回曲线,二者拟合程度较高,验证了建模方法的可靠性和模拟结果的准确性。UHPC连接段高度对该装配式桥墩抗震性能的影响不大,保证钢筋搭接长度即可。轴压比、立柱高度和搭接钢筋配筋率对该装配式桥墩抗震性能的影响较为明显:在轴压比为0.1~0.3时,试件刚度和水平承载力随轴压比的增大而增大,残余位移随轴压比的增大而减小;立柱高度由2.0 m提高至2.5 m时,高度越大该装配式桥墩的水平承载能力和累积滞回耗能越小;湿接缝处搭接钢筋配筋率由1.01%增至1.57%时,该装配式桥墩的水平承载能力和残余位移相比原配筋试件性能有较明显的提升。     

CFRP布加固损伤RC框架结构Pushover分析

基于前期RC框架及CFRP布加固完好RC框架的水平低周反复荷载试验研究,采用有限元分析软件SAP2000对该试验进行了Pushover分析,结果表明模拟结果与试验值基本相符。以此为基础,通过定义材料的弹性模量来表达RC框架的损伤程度,从而建立CFRP布加固损伤RC框架结构的有限元分析模型,继而对该模型进行了Pushover分析,研究CFRP布加固损伤RC框架结构的抗震性能,验证了所提分析方法的可行性与合理性。     

曲线桥梁墩高参数动力敏感性研究

为研究曲线桥梁结构桥墩高度参数对地震响应的敏感性,借助有限元分析软件Midas Civil,通过分类处理建立边墩为变高墩和中墩为变高墩两类有限元分析模型。根据Newmark-β法对多自由度体系的曲线桥梁结构进行动力时程分析,结合曲线桥梁结构地震激励的输入基本方式,计算两类墩高布置形式下两跨曲线连续梁桥结构的基本周期、墩顶位移、主梁内力和桥墩墩底内力的变化规律,通过对计算结果分析探究桥墩高度参数和桥墩高度比参数对曲线桥梁结构地震响应的影响规律。研究结果表明:相同条件下,Ⅱ类曲线桥梁的整体刚度小于Ⅰ类曲线桥梁结构;各墩顶径向位移对桥墩高度比和墩高参数敏感性不同;中墩顶曲线主梁内力耦合机理复杂,难以用较少结构参数表征;变高墩墩底内力与曲线桥梁桥墩布置类型密切相关。研究结果可用于指导山区曲线桥梁结构的抗震分析和设计。     

CFRP加固对预制节段拼装桥墩抗震性能的影响

为提升预制节段拼装桥墩的抗震性能,采用碳纤维增强复合材料(CFRP)对预制节段拼装桥墩在地震中易损伤部位进行加固。基于既有试验,建立缩尺的预制节段拼装桥墩三维实体有限元模型,分析预制节段拼装桥墩在循环往复荷载情况下的恢复力特性以及破坏情况。分别采用箍筋加密和外包CFRP布对预制节段拼装桥墩底部节段进行加固,对比两种加固方式对预制节段拼装桥墩抗震性能的影响。研究结果表明,CFRP包裹桥墩底部节段能够增强桥墩整体刚度和承载能力,并且使得桥墩的刚度退化更加平缓,有利于预制节段拼装桥墩在地震作用下保持自身力学特性的稳定,确保桥梁整体的安全。     

角钢加固损伤RC框架结构Pushover分析

基于RC框架前期的水平低周反复荷载试验研究,采用有限元软件SAP2000对该试验试件进行了Pushover分析,模拟结果与试验值基本符合。以此为基础,通过定义材料的弹性模量即改变刚度,来表达RC框架的损伤程度,从而建立角钢加固损伤RC框架结构的有限元分析模型,继而对该模型进行了Pushover分析,研究角钢加固损伤RC框架结构的抗震性能及损伤程度对加固框架的影响。计算结果表明,角钢加固后RC框架的承载力大幅度提高,RC框架加固前的损伤降低了极限荷载,且大幅度降低了延性系数,说明损伤程度对加固后框架的延性耗能能力影响很大。     

木结构榫卯节点抗震性能及其加固试验研究

为研究木结构榫卯节点的抗震性能及其加固后性能的变化,进行了6个榫卯节点的拟静力试验,并对试验后的榫卯节点分别采用扒钉、碳纤维、钢销、U型铁箍、角钢、弧形钢板进行加固。对比研究加固前后榫卯节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及刚度退化等抗震性能参数。试验结果表明:加固前节点滞回曲线有明显的捏缩现象,木结构良好的抗震性能正是依赖于节点的滑移摩擦耗能;加固后榫卯节点的抗震性能良好,可以达到破坏前的抗震性能;其中弧形钢板加固后的节点初始刚度较大,滞回环饱满,累计耗能为加固前的3倍,承载力提高70%,加固效果明显。根据试验结果给出了基于转角的震损榫卯节点加固设计方法。     

碳纤维布及扁钢加固古建筑榫卯节点抗震性能试验研究

通过对2个严格按照宋代《营造法式》有关大木作要求制作的木构架模型及其分别用CFRP布和扁钢加固榫卯节点的构架模型在低周反复荷载作用下的试验研究,深入分析了加固前后木构架榫卯节点滞回性能、骨架曲线特性、延性、耗能、刚度退化等抗震性能。从对试验结果分析看,榫卯节点采用CFRP布和扁钢加固都取得良好的效果,为古建筑的抗震设计和加固提供理论依据。     

高强钢筋ECC-RC复合桥梁地震易损性分析

考虑高强钢筋、ECC等高性能材料在桥梁工程中的推广应用,针对普通钢筋混凝土桥墩抗震性能相对较差的情况,研究高强钢筋ECC-RC复合桥墩的桥梁抗震性能。通过OpenSees平台建立普通RC桥墩桥梁、ECC-RC复合桥墩桥梁及高强钢筋ECC-RC复合桥墩桥梁非线性有限元模型,采用增量动力法和"能力需求比"分析方法建立桥梁各构件及系统的地震易损性曲线,探讨高强钢筋及ECC对桥梁抗震性能的影响。研究表明:ECC-RC、高强钢筋ECC-RC复合桥墩及其桥梁系统的地震易损性均有改善,且高强钢筋ECC的改善效果更显著,高强钢筋ECC-RC复合桥墩支座的地震易损性有所降低,高强钢筋及ECC的应用有助于提高桥墩和桥梁系统抗震性能和安全性,特别是在中震及大震作用下这一现象更加明显。