机械套筒连接的轨道交通预制拼装桥墩抗震性能试验研究

预制拼装桥墩能够应用于中高地震烈度区的前提是使预制拼装桥墩具有良好的延性和耗能能力。本文采用新型可调节型机械套筒进行轨道交通预制拼装桥墩方案的设计。按照1:3的大比例尺制作了两个试件,第1个试件是以某在建轨道交通桥墩为原型缩尺的整体现浇试件,同时也是基准比照的试件;第2个试件是采用机械套筒连接的预制拼装桥墩试件。采用拟静力试验方法研究了机械套筒预制拼装方法与现浇方法制作的桥墩的抗震性能异同。包括破坏过程,荷载位移滞回曲线,塑性铰区域内的变形特征等。试验结果表明采用该种新型可调节型机械套筒设计的预制拼装桥墩的抗震性能与整体现浇桥墩等同,所以新型可调节型机械套筒方案可作为轨道交通预制拼装桥墩的备选设计方案。     

预应力灌浆波纹管预制拼装桥墩抗震性能分析

为研究预应力灌浆波纹管节段拼装桥墩的抗震性能,在灌浆波纹管节段拼装桥墩拟静力试验的基础上,采用纤维梁柱单元建立预应力灌浆波纹管节段拼装桥墩的计算模型,对预应力筋布置位置、预应力筋配筋率和预应力筋初始应力等的影响进行了参数分析,以得到抗震性能更优的预应力灌浆波纹管预制拼装桥墩,并根据对残余变形的计算方法进行了分析。研究发现,预应力筋初始拉应力使得墩柱截面轴压比为10%~15%,预应力筋配筋率为0.30%~0.60%左右时,峰值抗力和极限承载能力有较大提高,残余位移相对较小,累计能量耗散较大。预应力灌浆波纹管预制拼装桥墩能提供更好的自复位能力,震后残余位移较小,各项性能参数总体上要好于非预应力灌浆波纹管预制拼装桥墩。根据日本规范提出预应力灌浆波纹管预制拼装桥墩残余位移的计算公式可以为工程实践提供参考。     

基于干接缝单元的预制拼装桥墩抗震性能数值模拟

为克服利用OpenSEES进行预制拼装桥墩纤维模型分析时干接缝区域模拟困难的问题,提出一种由刚性单元、非线性梁柱单元、零长度单元配合ENT单压材料组成的干接缝单元。通过基于干接缝单元的纤维模型数值模拟结果与文献中的1:3.5缩尺桥墩拟静力试验结果对比发现:该干接缝单元不仅解决了墩身混凝土压溃带来的模型不收敛问题,而且考虑了墩身节段宽度对干接缝区域的影响,使预制拼装桥墩干接缝处的力学性能更接近实际的力学性能;数值模拟结果与试验结果吻合较好证明了该干接缝单元用于模拟预制拼装桥墩干接缝区域的可行性。在此基础上设置耗能钢筋、外包钢管和墩底橡胶支承垫层作为桥墩附加耗能装置,对预制拼装桥墩进行拟静力循环加载模拟,研究不同耗能装置对预制拼装桥墩的滞回能力、预应力筋内力、累积耗能、残余位移以及等效刚度等性能参数的影响。结果表明:设置耗能钢筋和外包钢管可以显著提高预制拼装桥墩的耗能能力、水平承载力和刚度,降低预应力损失;设置墩底橡胶支承垫层也能提高预制拼装桥墩的耗能能力,但会降低桥墩的水平承载力和刚度,应根据桥墩自身刚度谨慎选择橡胶垫层的刚度。     

节段拼装桥墩抗震性能研究进展

预制拼装桥墩由于其良好的力学性能和施工优势,在国外曾有不少工程实践和研究.但是国内针对节段拼装桥墩抗震性能的研究还是空白,明显滞后于工程实践,不能满足工程建设的需要.因此,本文对节段拼装桥墩的应用、接缝分类及其力学特性、试验研究和理论研究方面的情况进行了总结,并指出了存在问题和进一步研究的方向.     

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。     

预应力筋布置对节段拼装桥墩抗震性能的影响

预制节段拼装桥墩具有施工工期短、对交通影响小、质量易保证等优点,但其在抗震性能方面存在不足。为获得具有较强抗震能力的节段拼装桥墩的预应力筋布置方式,分析了四种预应力筋布置方案,基于ABAQUS建立实体有限元模型,将拟静力分析结果与既有试验结果进行对比,验证分析模型的准确性,然后分析预应力筋的布置方式对节段拼装桥墩耗能能力和残余位移等抗震性能的影响。研究结果表明中心布置预应力筋的桥墩耗能能力较好,但同时残余位移也较大;分散布置预应力筋的桥墩耗能能力较弱,但残余位移较小。本文研究结论可为预制节段拼装桥墩的抗震设计提供借鉴。     

钢筋混凝土预制拼装柱扭转力学性能数值模拟与参数分析

采用ABAQUS大型有限元分析软件开展预制拼装柱扭转力学性能数值模拟及参数分析,研究了轴压比、灌浆套筒位置及长度、预制构件拼接缝界面黏结强度对灌浆套筒连接中柱抗扭性能的影响。研究结果表明:轴压比会显著影响预制拼装柱抗扭承载力和变形,而灌浆套筒位置和长度对预制拼装柱抗扭力学性能的影响不明显;预制构件拼接缝界面黏结强度显著影响预制拼装柱抗扭性能。基于预制拼装构件和现浇构件力学性能的对比分析,提出了轴向荷载和扭矩共同作用下灌浆套筒连接预制拼装柱抗扭承载力设计方法。     

预制装配式桥墩连接类型及抗震性能研究综述

预制装配式桥墩的抗震性能取决于所采用的连接系统。本文从抗震性能的角度出发,系统地综述了“等同现浇”连接和“非等同现浇”连接的具体构造方式、数值模拟方法及涉及到的抗震问题。其中：在“等同现浇”连接方面,着重介绍了承插式连接、灌浆管道连接和钢筋连接器连接的构造特征、使用位置及其抗震性能试验研究进展“;非等同现浇”连接方面,则侧重阐述桥墩体系从仅设无粘结预应力筋到外置耗能器的演变过程;整理了两类连接的数值模拟研究进展,重点介绍了微观实体单元模型、集中塑性铰模型、集中质量模型、多弹簧模型、接缝纤维化模型这5种“非等同现浇”预制桥墩分析模型的建立方法及应用情况。最后,结合桥梁工程领域出现的新理念、新材料和新技术,展望了预制装配式桥墩的未来发展趋势。     

内嵌式法兰连接预制拼装双柱墩参数分析

本文基于实际工程对内嵌式法兰连接预制拼装双柱墩参数进行了分析,将法兰设置在塑性铰区以外,设计1∶3缩尺模型,通过分析不同法兰强度等级、混凝土强度等级、轴压比和配筋率的内嵌式法兰连接预制拼装双柱墩模型,得到不同情况下推覆曲线和损伤破坏状态,分析各参数的影响。研究结果表明,法兰强度等级对结构的影响较小,配筋率对结构承载力和延性的影响较大,结构最终失效主要表现在塑性铰区域,法兰存在一定程度的翘起。     

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。     

限制位移桥墩的连续刚构桥抗震性能研究

沿着摇摆桥墩的概念提出一种限制位移桥墩连续刚构桥体系。该体系通过对连续刚构桥墩底和承台之间采取一定措施,使桥梁在地震发生时能够在限制的位移量内活动,减小输入到桥梁结构中的能量,达到减震的目的。通过对一座铁路连续刚构桥的分析,发现这种限制位移桥墩连续刚构桥体系能大幅减小桥墩的延性和强度地震需求,减震效果明显,在选择合适的限制位移量的情况下,可保证桥墩在高烈度罕遇地震作用下几乎保持弹性工作状态,震后经简单处理即可保证使用功能,为震后救援工作带来极大便利,也大大减少了修复成本。     

钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土桥墩的抗震性能,对钢管混凝土桥墩和钢筋混凝土桥墩进行了拟静力对比试验研究。根据试件的破坏发展过程以及各试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了其滞回性能、耗能能力、延性、强度退化及刚度退化等抗震性能。试验结果表明,钢管混凝土桥墩的抗震性能明显好于钢筋混凝土桥墩。在含钢率和轴力相同的情况下,钢管混凝土桥墩的滞回曲线比钢筋混凝土桥墩丰满得多,前者的耗能能力约为后者的4.46倍,钢管混凝土桥墩的延性大于钢筋混凝土桥墩;随着轴压比的增大,钢管混凝土桥墩延性有所下降,强度退化加快,但对其刚度退化的影响不大。     

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。与完全粘结的模型桥墩相比,未粘结模型桥墩的滞回曲线更加饱满,桥墩的延性性能和耗能能力均得到了显著提高,且采用无粘结方式对于低配筋率模型桥墩的延性及累积耗能的提高更加明显。配筋率对模型桥墩的刚度退化速率影响较大,且高配筋率的无粘结模型桥墩的刚度退化比低配筋率明显。     

强震作用下桥台对斜交连续梁桥抗震性能的影响研究

为研究强地震作用下,桥台及台后土体对斜交连续梁桥抗震作用的影响。以一座三跨连续斜交箱梁桥为依托,应用sap2000建立不同斜度的模型,针对有、无桥台两种工况,采用非线性时程分析方法,研究了纵向不同地震动强度输入下,桥台及台后土体作用对不同斜度的连续梁桥主梁和桥墩位移的影响规律,并对桥墩的延性性能进行分析。研究结果表明:桥台及台后土体的存在会抑制主梁的纵向位移,大大增加主梁梁端的横向位移,地震动幅值越大,这种作用越明显;桥台及台后土体作用会减小墩顶纵向位移和墩底纵向弯矩,降低桥墩纵向位移延性需求,提高桥墩纵向安全性,斜交角越大,该影响效果越小;桥台作用对桥墩的横向反应几乎无影响。建议在桥梁抗震设计时应考虑桥台以及台后土体的作用,并针对不同斜度的连续梁桥采取相应的抗震措施,以提高其抗震性能。     

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。     

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(Ⅱ):振动台试验

通过模型振动台试验研究了基于位移设计的钢筋混凝土桥墩的抗震性能。以完成的拟静力试验中的桥墩试件为参考原型,利用基于位移抗震设计方法和现行桥梁抗震规范方法设计了4根1:2的钢筋混凝土桥墩试件并进行了模型振动台试验。对小震、中震和大震作用下桥墩试件的破坏形态、加速度和位移反应、位移延性系数和地震总输入能(耗能)等方面进行了比较分析。综合拟静力试验和振动台试验结果,可以认为基于位移设计的钢筋混凝土桥墩能够达到预期的延性抗震要求。     

斜交连续刚构桥桥墩地震易损性分析

以美国西部地区某斜交公路连续刚构桥为研究对象，研究其不等高墩易损性差异以及斜交角的改变对桥墩地震易损性的影响。考虑桥梁结构参数和地震动的不确定性，选取100条地震动，沿纵桥向输入，生成"结构-地震动"样本库，以地震动峰值加速度（PGA）为强度指标（IM），利用OpenSees软件对结构进行非线性时程分析得到桥墩动力响应，而后以桥墩曲率延性比衡量桥梁破坏状态，在确定桥墩损伤指标的基础上，采用可靠度理论得到各桥墩的地震易损性曲线，判断桥墩的损伤模式、损伤特点。在此基础上，改变桥梁斜交角度进行易损性分析，得到斜交角变化对桥墩地震易损性的影响。研究表明：该桥最矮墩发生损伤的概率大于其他桥墩，桥墩最先进入塑性的是墩顶和墩底区域；不同斜交角对桥墩的地震响应影响显著，各墩损伤破坏排序与斜交桥结构构造特点有关，同一排架墩的两侧墩柱易损性呈现与角度变化趋势相反的排列，损伤越严重，趋势越明显；对于此不等高的斜交刚构桥，最矮墩为其抗震薄弱环节，斜交角越大，越应该关注钝角处矮墩的损伤情况，并提高其设计标准，在进行斜交刚构桥抗震设计中应予以重视。     

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。