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。     

考虑P-Δ效应的桥梁地震反应分析与设计

要实现基于性能的抗震设计理念,重要的一环为简单而准确地确定结构地震需求。P-Δ效应会使桥墩产生二阶内力和变形,在弹性状态下已有可靠的分析方法,但在地震作用下还没有得到充分的研究。本文在对地震作用下考虑P-Δ效应的现有分析和设计方法进行总结的基础上,进行了单墩体系地震作用下的动力P-Δ效应非线性时程统计分析,回归得到了P-Δ效应的位移增大系数和强度提高系数公式。研究表明,塑性反应的结构P-Δ效应与弹性反应阶段有很大差异,将弹性范围研究结果简单延伸到塑性阶段是不合适的。现有理论公式预测的位移增大系数和强度提高系数在工程上容许的P-Δ效应影响范围内均小于实际统计均值,精度不能满足基于性能抗震设计的要求。本文得到的回归公式与有限元分析结果较为吻合,可为基于性能的抗震设计提供参考。     

P-Δ效应对基础隔震结构地震响应影响研究

隔震支座在地震作用过程中水平变形时,会对上部结构附加由于隔震支座P-Δ效应造成的弯矩。国内,关于隔震支座的P-Δ效应对基础隔震结构地震响应具体影响相关的研究,相对较少。采用PERFROM-3D软件,建立上部结构弹塑性的基础隔震结构模型,进行了考虑与不考虑隔震支座P-Δ效应的计算分析,对比了层剪力系数、层间位移、层倾覆弯矩、加速度等地震响应。结果表明:隔震支座的P-Δ效应对基础隔震结构的底层层间位移响应及上部结构柱底转角位移造成一定影响,其它地震响应基本无差异。     

高层建筑的P-Δ效应和变形计算方法

本文研究了两个问题。第一个是P-Δ效应对高层建筑地震反应的影响,根据对一座15层建筑和一座30层建筑的分析,P-Δ效应对地震反应无明显影响;第二是高层建筑在地震作用下的变形性质及计算方法,文中给出了高层建筑弹性及弹塑性变形计算方法。     

静力弹塑性分析(Pushover Analysis)在多跨简支梁桥中的应用

阐述了静力弹塑性分析的基本原理与过程,介绍了该方法在桥梁工程中的应用与实践状况,并且结合一座6孔简支梁桥的抗震性能评估的工程实例,采用pushover方法对全桥模型进行了抗震性能的分析计算,结果表明该桥梁满足设防烈度下的抗震要求,同时也指出了采用pushover方法时应该注意计算模型和加载模式的选择等问题,为静力弹塑性分析方法在桥梁工程中的应用提供了参考.     

板式橡胶支座梁桥横向抗震加固研究

针对汶川地震中板式橡胶支座梁桥梁体横向移位严重的震害现象,提出了在原约束体系基础上增设X形板弹塑性挡块的抗震加固设计方法。以一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究对象,建立了可合理模拟支座滑动效应、挡块力学性能和墩柱滞回性能的全桥精细化有限元数值模型。选择国内外实际地震动进行横桥向非线性地震反应分析,研究了梁体与钢筋混凝土挡块横向间隙、X形板弹塑性挡块力学性能等两大参数对抗震加固效果的影响。研究表明:钢筋混凝土挡块与梁体间可预留一定横向间隙,X形板弹塑性挡块屈服强度可控制为上部结构恒载反力的5%;与抗震加固前相比,抗震加固设计能有效控制墩梁相对位移,同时减小桥墩结构地震反应,显著提高桥梁结构抗震性能。     

能力谱方法在桥梁抗震性能评估中的应用研究

位移延性是桥梁抗震性能的重要指标之一,以Pushover分析为基础的能力谱方法能够考察结构在地震下的弹塑性位移响应,是抗震性能评估的一种有效手段.文中阐述了能力谱法的基本原理,说明了基于弹塑性反应谱的能力谱方法在求解性能点时不需要进行迭代计算;基于弹性设计反应谱建立了相对应的弹塑性反应谱,结合某实桥,将能力谱方法和增量动力分析方法进行了对比,并根据不同的地震基本烈度和场地土类型进行了抗震性能评估.分析认为,能力谱方法计算简便,对结构1阶振型的地震响应占主导时,具有较好的精度,并能够基于设计反应谱来考察结构的弹塑性抗震性能,可用于桥梁抗震性能的评估.     

无伸缩缝梁桥抗震性能与设计计算方法研究

无缝桥整体性好、行车舒适、后期养护维修少,地震作用下不易落梁,"小震不坏、大震不倒",具有可持续、高耐久与较强的防灾减灾能力。不过,桥台桩基是此类型桥梁的最不利部位。国外无缝桥的桥台桩基多采用H型钢,然而,我国主要以混凝土桩为主,两者在"中震可修与易损性"上存在一定差异。目前,对混凝土桩基的无缝桥抗震性能尚缺乏深入系统的研究,抗震规范也未给出相应的设计计算方法,影响了其应用与发展。为此,本文综述了无缝桥抗震性能特点与设计计算方法的研究现状,提出了无缝桥抗震性能的主要研究方向与简化抗震设计计算方法,可为此类型桥梁抗震规范的制定提供参考。     

基于公路工程规范地震需求谱研究

从解决桥梁结构的实际问题出发,根据桥梁结构的抗震能力及计力法的需要,由于强度折减系数R与延性系数μ的关系建立弹塑性反应谱的原理,建立了基于《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)给出的弹性反应谱的非弹性地震需求谱,为桥梁结构抗震性能评价的研究提供参考意见。     

近断层竖向地震动P-Δ效应研究

竖向效应是近断层地震动的主要特点,竖向地震动对工程结构形成的P-Δ效应是造成结构破坏的主要原因。本文以单自由度体系为研究对象,选取汶川地震的近断层强震数据进行研究,分析竖向地震动所产生P-Δ效应的放大作用特征。分析结果表明汶川地震中,相比于中远场区域,近断层区域内竖向地震动作用所产生的P-Δ效应具有明显的放大作用,且近断层内这种放大作用具有普遍性;当自振周期一定时,不同台站获得地震动的放大系数离散性较小,主要分布于均值附近;其分析结果符合地震动的一般规律,分析结果合理。在此基础上建立了以均值为代表值的放大系数谱,可以与抗震设计反应谱结合使用,从而为活断层附近区域内的结构抗震设计问题提供定量化参考依据。     

捏拢效应与P-Δ效应对地震延性需求和损伤指标的影响

文中定量地分析了捏拢效应和P-Δ效应对非弹性单自由度体系的地震延性需求和Park-Ang地震损伤指标的概率统计特征的影响。采用Bouc-W en模型描述具有P-Δ效应、捏拢效应、强度退化、刚度退化等典型特性的恢复力-位移滞回曲线;根据非弹性单自由度体系在69条强震记录作用下的动力响应,定量地分析了捏拢效应和P-Δ效应对地震延性需求和Park-Ang地震损伤指标的均值和变异系数的影响,并建立了地震延性需求的概率预测模型。计算结果表明,捏拢效应和由重力引起的P-Δ效应对地震延性需求的影响较大,而由竖向地震激励引起的P-Δ效应对地震延性需求的影响很小;对于短周期体系,建议采用对数正态或Frechet分布来描述地震延性需求的概率分布;对于长周期体系,采用Frechet分布则更为合理。     

Dynamic performance of angle-steel concrete columns under low cyclic loading-I： Experimental study

This paper describes low cyclic loading testing of nine angle-steel concrete column （ASCC） specimens. In the tests, the influence of the shear-span ratio, axial compression ratio and shear steel plate ratio on the hysteretic behavior, energy dissipation, strength degradation, stiffness degradation, skeleton curve and ductility of the ASCCs is studied. Based on the test results, some conclusions are presented. The P-A and sectional M -φ hysteretic models for the ASCCs are presented in a companion paper （Zheng and Ji, 2008）.     

再生空心砌块砌体填充墙-钢管再生混凝土框架骨架曲线模型研究

为研究再生空心砌块砌体填充墙-钢管再生混凝土框架的骨架曲线模型,设计制作了2榀试件并对其进行低周反复加载试验,获取其滞回及骨架曲线。在此基础之上,对试件的骨架曲线模型进行相关的理论分析,建立了再生空心砌块砌体填充墙—钢管再生混凝土框架的四折线骨架曲线模型。研究表明:试件的滞回曲线呈现为饱满的梭形,表现出了良好的抗震耗能性能;通过相关理论分析建立的四折线骨架曲线模型与试验实测骨架曲线吻合良好,可为该类结构在地震作用下的弹塑性地震反应分析提供相关参考。     

钢筋-沥青隔震层非线性震动特性研究

为了研究钢筋-沥青隔震层的材料与几何非线性震动特性,对钢筋-沥青隔震结构进行了振动台试验,分析了结构在不同加速度幅值输入时的隔震性能。同时,在钢材的应力-应变关系基础上,考虑构件竖向力的二次矩效应,提出了钢筋-沥青隔震层骨架曲线的计算方法,并结合双线型恢复力模型的滞回规则,建立了相应的恢复力模型。利用建立的恢复力模型,编制程序进行了弹塑性时程分析,并与试验结果作对比。结果表明:当钢筋-沥青隔震层的受力钢筋进入弹塑性阶段时,隔震层能够吸收大部分地震能量,显著降低上部结构的地震反应;弹塑性时程分析结果与试验结果吻合较好,由此建立的恢复力模型准确并且适用,可为钢筋-沥青隔震层的工程设计与非线性地震反应分析提供参考。     

小跨高比强化配筋连梁的抗震性能

强化配筋连梁是指采用HRB400及以上钢筋、加密加粗腰筋、加粗箍筋的连梁。期望通过腰筋和箍筋形成的2层或更多层的高强钢筋网片来承受剪力,提高其抗震性能,施工较为方便,适用于小跨高比连梁。利用非线性有限元方法,在已完成普通配筋小跨高比连梁抗震性能试验的基础上,研究了跨高比为1.25的不同配筋形式连梁的抗震性能。研究表明:强化配筋连梁的骨架曲线出现2个峰值,峰值荷载为普通配筋连梁的1.37倍,其荷载下降速率约为普通配筋连梁的39.42%,具有较高的承载力。强化配筋连梁的峰值位移是集中对角斜筋、交叉斜筋和对角暗撑配筋连梁的三倍多,具有较强的变形能力。最后,建议采用深梁的方法计算强化配筋连梁的受剪承载力。     

钢管混凝土框架骨架曲线研究

以钢管混凝土统一理论为基础,从截面层次的恢复力模型出发,钢管混凝土柱构件选用三线型弯矩~曲率滞回模型;钢梁采用双线型弯矩-转角滞回模型;钢筋混凝土梁选用三线型弯矩-转角滞回模型。使用非线性分析程序IDARC分析钢梁-钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱两类框架结构的骨架曲线,程序结果和试验结果吻合良好。并进一步研究了轴压比、含钢率、混凝土强度和钢材强度等对结构骨架曲线的影响。研究结果不仅为钢管混凝土框架结构的应用推广提供了必要的理论基础,而且对钢管混凝土抗震设计具有较好的参考价值。     

考虑锈蚀损伤的黏结滑移本构模型

为合理反映钢筋锈蚀后黏结滑移性能劣化对钢筋混凝土(RC)结构抗震性能的影响,在既有黏结应力分布模式的基础上,推导得到钢筋应力-滑移关系,进而通过分析锈蚀对混凝土与钢筋界面黏结滑移机理的影响,建立考虑钢筋锈蚀损伤的黏结滑移本构模型。基于已有拉拔试验结果,与仅考虑纵筋锈蚀率影响的Cheng模型进行对比,验证所建模型的合理性与准确性。基于OpenSees有限元平台,采用纤维梁柱单元和零长度截面单元串联的方式,将所建钢筋黏结滑移模型嵌套于零长度截面单元的钢筋本构中,建立可考虑黏黏结滑移的锈蚀损伤纤维梁柱模型,并通过6根锈蚀RC柱拟静力试验结果验证模型的准确性,结果发现所提考虑黏结滑移的锈蚀RC纤维梁柱模型计算所得滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,累计耗能最大误差不超过15%。此外,通过参数分析研究影响锈蚀钢筋滑移量的因素,结果表明屈服滑移量与极限滑移量随体积配箍率的增大而明显减小,随混凝土保护层与钢筋直径之比(c/d)增大而变化的幅度较小。     

截面中部配置型钢的混凝土剪力墙抗震性能研究

本文通过试验研究了型钢混凝土(SRC)剪力墙的抗震性能,对16个试件进行了低周反复加载试验,得到了这些构件的延性比;研究了高宽比等参数对型钢混凝土剪力墙抗震性能的影响。在试验中,研究了在中部配置型钢的型钢混凝土剪力墙,结果表明这种新型的型钢混凝土剪力墙具有更好的抗震性能。在试验的基础上,本文建立了型钢混凝土剪力墙恢复力骨架曲线的数学模型,为分析高层结构的非线性地震反应分析提供了基础数据。     

新型全栓接H型钢梁柱节点滞回性能研究

提出一种新型全栓接H型钢梁柱节点。为研究节点的滞回性能,采用立式加载方案对4个不同构造方式的新型和传统全栓接H型钢梁柱节点进行拟静力试验,分析各试件的节点破坏模式、P-Δ滞回曲线、M-θ骨架曲线、承载力及延性性能。结果表明:强轴新型全栓接节点与传统全栓接节点相比,滞回曲线、骨架曲线以及各项力学性能指标基本相同。弱轴新型全栓接节点与传统全栓接节点相比,具有更好的滞回性能、更高的延性和更强的承载力,其屈服承载力、极限承载力及延性分别增加了38%、35%和32%。