双层钢箱-混凝土组合墩双向拟动力试验研究

双层钢箱-混凝土组合墩具有强度高、延性好、抗震及抗爆性能优越等特点,是一种理想的可满足"多灾害防御"理念的桥梁墩柱形式。本文主要考虑钢管壁宽厚比、截面长宽比和长细比等参数,进行了3根双层钢箱-混凝土组合墩的双向拟动力试验研究,并基于Opensees平台,考虑界面粘接、钢板屈曲等的影响进行了此类墩柱的非线性动力时程响应分析,综合来考察其在地震作用下的加速度响应、位移响应、滞回特点及耗能能力。结果表明:双向地震动作用下,双层钢箱-混凝土组合墩柱的墩底出现钢板屈曲、开裂和混凝土压碎等现象,破坏时墩底出现塑性铰;墩柱两个方向的滞回曲线均比较饱满,表明钢箱-混凝土组合墩柱总体具有较好的滞回耗能能力;模型墩柱的加速度与位移响应计算结果与实测结果吻合较好,表明基于带塑性铰的纤维梁单元可以较好地预测双层钢箱-混凝土组合墩柱的抗震性能。本文研究可为双层钢箱-混凝土组合墩柱的抗震设计和工程应用提供参考。     

钢—混凝土组合连续刚构桥墩梁连接节点抗震性能比较研究

钢-混凝土组合连续刚构桥的关键在于墩梁连接节点,设计了双层钢箱混凝土、钢筋混凝土和钢管混凝土等3种不同类型墩柱的连接节点构造形式。基于OpenSees平台建立了墩柱截面纤维有限元模型,并利用双层钢箱混凝土墩柱拟静力试验结果验证了数值模型的有效性,进而基于纤维有限元模型对3种不同类型墩柱节点进行了非线性滞回性能计算分析。结果表明:纤维模型能够模拟拟静力作用下组合连续刚构桥墩梁连接的滞回性能,双层钢箱混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁连接节点的整体抗震性能要优于钢筋混凝土墩柱和实心钢管混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁的连接节点,建议的刚性节点构造合理和传力路径明确,可为钢-混凝土组合连续刚构桥设计提供参考。     

单双向压弯作用下矩形空心桥墩抗震性能比较

通过恒定轴力下的水平单向加载拟静力试验和双向加载拟静力试验,研究了矩形空心桥墩在单、双向压弯作用下抗震性能的差异,重点比较了其在不同加载条件下的受力过程、破坏机理、滞回特性、承载能力、延性和耗能能力。结果表明:单、双向压弯作用下,各矩形空心截面试件的破坏形态均为整体弯曲破坏,但在双向耦合作用影响下,双向压弯墩柱的承载能力、变形能力、延性严重削弱,双向压弯墩柱的累积总耗能也远小于单向压弯墩柱。初步研究结果显示,仅考虑水平单向地震作用情形分析矩形空心桥墩的抗震能力可能偏于不安全。     

预应力混凝土空间框架节点二维拟静力试验研究

采用拟静力试验方法对预应力混凝土和普通钢筋混凝土空间框架内节点进行了不同轴压比下单、双向循环加载的试验研究,得到不同加载方式下试件的滞回曲线。分析了各个试件的破坏形式、承载力、刚度、延性及耗能能力,通过比较和对滞回曲线的分析得出：双向水平荷载作用对构件耦合作用明显,构件存在扭转效应,构件的强度退化和刚度退化比单向荷载作用严重,节点的耗能能力降低。     

混凝土核心筒的水平双向循环加载试验研究

为了研究地震多维性对于混凝土核心筒抗震性能的影响,对大尺寸混凝土核心筒试件进行了水平双向加载下的拟静力试验.重点研究在双向加载下,核心筒的破坏形态与机理、承载能力、变形性能、刚度退化等方面的问题.结果表明,由于水平双向加载下简体一个方向的损伤影响到另一个方向的性能,因而对混凝土核心筒的抗震能力造成不利影响.因此,在实际工程中应合理地考虑这种影响,这对于确保混凝土核心筒的抗震安全具有重要意义.     

基于纤维梁柱单元的桥梁墩柱地震反应模拟方法研究

为讨论利用纤维梁柱单元进行钢筋混凝土桥墩地震反应分析的建模方法,分别以4个悬臂式单柱墩和1个双柱墩拟静力加载试验,以及1个悬臂式单柱墩的振动台试验结果为依据,基于OpenSees数值分析平台建立了桥墩的地震反应分析模型。通过改变单元数量,分析了基于力的纤维梁柱单元和基于位移的纤维梁柱单元对桥墩地震反应的模拟精度。结果表明:对悬臂式单柱墩的拟静力和振动台试验,可沿墩高仅建立1个基于力的纤维梁柱单元,并在墩底串联1个考虑纵筋塑性渗透和粘结滑移的转动弹簧单元,即可获得很好的模拟结果。当采用基于位移的纤维梁柱单元时,应沿墩高至少建立2个单元,且塑性铰区至少有1个,才能保证获得较高的模拟精度。对双柱墩拟静力试验,采用基于力的纤维梁柱单元建模,沿每个墩高建立2个单元即可;以基于位移的纤维梁柱单元建模,建议沿每个墩高建立3个单元,且其中2个单元布置在塑性铰区。当数值模型可对静力滞回曲线取得很好的模拟结果后,该模型一般可对动力作用下墩顶最大位移和墩底最大剪力进行较为准确的模拟,但对墩顶残余位移的模拟精度无法保证。     

组合基础隔震结构双向地震反应分析

本文采用双向耦合恢复力模型模拟组合隔震系统中隔震支座的双向耦合效应,对组合基础隔震结构进行了单向和双向地震反应对比分析,分析表明在水平双向地震作用下结构各层的加速度反应较小,隔震层的层间位移较大,而上部结构的层间位移较小,并且在水平双向地震作用下,支座的最大位移明显大于单向地震作用时支座的最大位移,因而应考虑水平双向地震作用对组合基础隔震结构地震反应和隔震支座性能的影响。     

灌浆套筒连接装配式混凝土双柱墩的双向拟静力试验研究

灌浆套筒连接装配式混凝土双柱墩在桥梁结构中大量应用,但在多向荷载作用下的抗震性能研究缺乏深入认识。本文开展了灌浆套筒连接装配式双柱墩的双向拟静力试验,研究了其破坏模式、滞回特性、刚度退化和延性性能等,并与现浇墩进行了比较。分析了装配式混凝土双柱墩等效计算高度的取值和动轴力的影响,讨论了墩顶位移计算方法。结果表明,在强轴方向,装配式双柱墩的耗能、强度、变形性能和延性等与现浇墩基本接近,而在弱轴方向这些指标明显小于现浇墩。理论计算得到了墩顶极限位移约为实测值的86.8%,具有较好的计算精度,但计算结果偏保守。     

循环往复加载的地下结构Pushover分析方法及其在地震损伤分析中的应用

考虑到地震作用下地下结构往往受到双向往复荷载作用,本文提出了循环往复加载的地下结构Pushover分析方法.介绍了该方法的实施步骤、基本功能与特点.该方法考虑了地震作用下地下结构双向受力的特点,利用多点位移控制的推覆分析算法进行地震作用下正向加载-卸载-反向再加载的全过程分析.该方法将一次循环加载过程近似看作一次地震作用过程,提出了基于循环往复加载Pushover分析的损伤模型,避免了对土-结构整体模型进行复杂的动力相互作用分析;通过一次循环往复加载的Pushover分析,根据结构构件刚度的改变对结构损伤进行有效评估.结合实际工程进行算例分析初步验证了循环往复加载Pushover分析及地震损伤模型的有效性.     

灌浆波纹管装配式桥墩双向地震损伤评价方法

灌浆波纹管连接是装配式墩常用接头连接方式之一,但没有系统研究其受到双向往复荷载作用的整体抗震性能,地震损伤评价方法不够完善。通过双向拟静力试验,研究在双向往复荷载作用状态下灌浆波纹管连接装配式墩的滞回特性变化和破坏模式,讨论了损伤指标构建方法,依据易损性曲线损伤评估了灌浆波纹管装配式墩的抗震性能。结果发现:装配式墩的变形能力和承载能力因双向荷载的耦合效应而急剧下降,装配式墩双向受力损伤状态可以采用Park-Ang值综合反映。在所给加速度情况下,可通过易损性分析得到各装配式墩构件不同损伤状态的超越概率,在峰值加速度一样时,纵桥向损伤状态发生的最大超越概率要比横桥向高。研究结果可以为灌浆波纹管装配式墩双向地震损伤评价提供方法。     

钢筋混凝土平面框架结构拟动力有限元分析

采用ABAQUS软件建立2层1榀1跨钢筋混凝土平面框架结构的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析,模型考虑混凝土的塑性损伤和钢材的弹塑性混合强化性质、结构阻尼和连续地震引起的塑性损伤累积效应。在位移、恢复力的计算结果与已有拟动力试验结果符合较好的基础上,进一步分析该平面框架的结构损伤、塑性耗能分配机制以及混凝土、钢筋的应力-应变。结果表明:小震、中震作用下,平面框架结构基本处于弹性阶段,大震作用时进入塑性阶段;地震往复作用使梁柱节点处混凝土比柱底更容易压碎,1层梁比2层梁更容易破坏;梁的塑性耗能占比远远大于柱,该框架为典型的"强柱弱梁"结构体系;采用的建模分析方法能有效反映结构的损伤过程,可方便地用于实际工程的抗震性能评估。     

高强混凝土框架柱的地震损伤模型

本文首先讨论了现有的几种地震损伤模型及其特点,然后计算出试验框架柱累积滞回耗能随加载循环水平的变化,分析和讨论了轴压比、箍筋形式、配箍率、纵向配筋率、混凝土强度等级以及剪跨比对累积滞回耗能的影响。根据现有的损伤模型,对试验框架柱的损伤指数进行了分析比较,给出了符合高强混凝土框架柱和普通混凝土框架柱的地震损伤模型。根据损伤指数随加载循环水平的变化规律,分析和讨论了剪跨比、轴压比以及配箍率对损伤的影响。最后通过对各地震损伤模型的比较分析,提出了高强混凝土框架柱的地震损伤模型。     

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。     

群桩-土-墩柱相互作用体系抗震性能试验及数值模拟研究

为进一步研究土-结构相互作用(SSI)体系的抗震性能,以1∶4比例尺桥梁墩柱模型为试验对象,考虑土-结构相互作用,通过拟静力试验观察了试验现象,得到了模型滞回曲线、耗能能力等数据。通过有限元软件ABAQUS建立了与试验情况相同的有限元模型,并分析计算。建模分析结果与试验结果一致,在此基础上,以本模型为对象进行了地震反应时程分析,得到了不同地基条件下的位移时程曲线及桩身应力、桩身位移响应曲线,并用m法对比计算桩的位移响应曲线。分析结果表明:不同地基条件下群桩-土-刚度较大墩柱结构体系破坏形式不同;在地震作用下,短桩基础在桩的中段处应力达到最大值,有必要在此处予以加强;在地震作用较大时,m法计算的桩顶位移偏小,且m法无法计入群桩效应,可能导致群桩基础内力的计算偏于不安全,建议予以重视。     

新型低损伤自复位混凝土框架节点试验及性能优化研究

提出一种带可更换软钢阻尼器的低损伤自复预制混凝土(LDSCPC)框架节点,并针对该节点在地震作用下的抗震性能、更换阻尼器后的性能恢复等开展足尺试件的拟静力试验。在节点试验基础上,基于ABAQUS精细化有限元模型进行该节点关于螺栓预紧力、水平和竖向耗能条尺寸的参数化分析及优化设计。研究表明,软钢阻尼器LT12的滞回特性和承载能力是最优异的,而LT14是耗能最好的;增加阻尼器耗能条的尺寸和厚度能分别提高LDSCPC框架节点在加载早期和变形较大时的耗能性能。较大的螺栓预紧力能明显提升LDSCPC框架节点的耗能能力,当预紧力为155 kN时,软钢阻尼器几乎达到理想的耗能性能。     

双向近场地震作用下HDR隔震梁桥地震响应研究

以HDR隔震梁桥多自由度（MDOF）模型和等效双线性单自由度（SDOF）模型为研究对象，以典型近场地震动作为输入，研究HDR支座双向耦合效应对HDR隔震梁桥地震响应的影响。研究结果表明:不考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线呈典型双线性；考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线面积小于不考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线面积。不考虑双向耦合效应的顺桥向HDR支座位移峰值d_b大于考虑双向耦合效应时，但横桥向的结果相反。近场地震作用下，对梁桥进行HDR支座隔震设计时，忽略双向耦合效应计算得到的墩底剪力峰值和弯矩峰值均偏于保守。可忽略HDR支座双向耦合效应对HDR隔震梁桥近场地震能量的影响。     

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。     

钢混凝土组合截面外包薄钢组合管拟静力抗震性能试验研究

钢混凝土组合截面外包薄钢组合管具有良好的防腐蚀性能和力学性能,可用于海洋、水下以及具有腐蚀性环境中的管道运输或结构受力构件中。利用截面分层法设计加工满足受弯承载能力的试验试件,并对其进行拟静力抗震性能试验,研究分析构件几何特征和填充混凝土强度对其耗能减震能力的影响。结果表明:各试验试件的荷载-位移滞回曲线图形均比较饱满,钢混凝土组合截面外包薄钢组合管具有良好的耗能减震能力。通过提高构件"约束效应系数"的方法可优化构件的截面设计。试件几何特征及填充混凝土的强度对试件的力学性能有较大影响,长细比较大的试件在往复加载制度下屈服位移明显减小。     

钢筋混凝土柱考虑损伤累积的反复荷载-位移关系分析

为能在反复荷载作用下钢筋混凝土柱的荷载-位移关系分析中考虑柱低周疲劳性能,提出了一损伤模型,对柱中纵向受力钢筋和混凝土的损伤状态作评估与记录。将这一记录材料性能信息的损伤指标带入材料各自的恢复力模型以考虑产生损伤后材料的强度和刚度退化。基于多弹簧模型对不同变幅加载路径下及等幅低周疲劳加载下钢筋混凝土柱的空间反应进行了数值计算模拟。与已有试验结果比较表明,所提材料层次上的损伤累积模型以及考虑损伤累积效应的柱构件空间荷载-位移关系分析方法具有一定的精度,为钢筋混凝土柱的抗震性能分析提供了一个辅助工具。     

一种新型全装配式混凝土梁柱-钢支撑组合节点的抗震性能研究

提出一种新型全装配式混凝土梁柱-钢支撑组合节点,是实现装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构预期抗震性能的关键问题之一。采用校正的有限元方法对5种考虑不同因素的腹板开洞型抗剪连接键进行研究,以得到其受剪承载力和损伤模式。随后对基于合理分析模型、材料参数、单元接触、边界条件与加载方式等分析方法的新型节点研究表明,在不同地震水平往复力作用下,组合节点的滞回曲线表现为弹性,即未进入塑性和耗能。另外,在达到最大负向、正向位移时,抗剪连接键、对穿螺杆和支撑连接板仍处于弹性状态,混凝土损伤值和损伤区域均较小,即该新型组合节点具有高承载力、可全装配、功能可恢复等特点,可满足相应结构对该组合节点的要求。