动水压力作用下深水桥墩非线性地震响应分析

为研究动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响,本文分别采用Morison方程和辐射波浪理论建立了动水压力计算方法,分析了动水压力作用对桥墩地震响应的影响;同时分析了考虑材料非线性时动水压力作用对桥墩地震响应的影响。研究表明:动水压力作用增大了桥墩的地震响应,其影响随着相对水深的增加而增强;考虑材料非线性时动水压力对桥墩地震响应的影响,相对线性材料而言有所变化。     

不同荷载模式下锈蚀钢筋力学性能研究

基于不同荷载模式下锈蚀钢筋力学性能试验,分析了单调拉伸荷载、重复荷载及疲劳荷载作用下锈蚀钢筋的力学性能,对锈蚀钢筋力学性能在不同荷载模式下退化程度进行了对比研究,并给出了锈蚀钢筋力学性能退化计算式。试验表明,随着锈蚀率的增大,疲劳荷载及重复荷载下锈蚀钢筋力学性能退化比单调荷载下更为明显,伸长率及弹性模量退化相对严重,疲劳及重复荷载下锈蚀钢筋由软钢逐渐向硬钢转变,而坑蚀是导致这一现象的主要原因之一。坑蚀是应力集中源,同时也是锈蚀钢筋混凝土结构损伤累积源,建议对锈损结构疲劳及抗震性能评估应考虑这一因素的影响。     

波浪作用对单柱式桥墩地震反应特性的影响

以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑波浪作用影响的单柱式桥墩-桩-土体系非线性地震反应分析二维有限元模型,土体以四节点实体单元离散,采用土体粘塑性记忆型嵌套面本构模型描述土的动力特性;桥墩以及桩以两节点梁单元离散,采用动塑性损伤模型描述混凝土的动力特性;根据Stokes五阶波浪理论,将基于Morison公式计算所得的波浪力以分布力的形式施加于桥墩之上,比较了静水条件下和考虑波浪作用时不同地震动激励下单柱式桥墩结构的地震反应特性,结果表明:波浪作用的影响使桥墩墩身相对墩底的位移反应、桥墩墩底的剪力和弯矩反应有较明显的增大,但对桥墩墩身加速度反应的影响可忽略不计,波浪作用影响的大小与输入地震动特性有关.在单柱式桥墩的抗震设计中考虑波浪作用的影响是必要的。     

波浪力对深水桥墩结构在地震和冰荷载作用下的响应影响分析

考虑到波浪力对深水桥墩地震响应和冰振响应的影响,本文基于非线性Morision方程,同时考虑附加质量效应和流固耦合效应,通过建立深水桥墩结构有限元分析模型及动力平衡方程,对深水桥墩结构进行了波浪、冰荷载、地震3种环境激励荷载单独作用下,以及不同组合形式共同作用下的数值分析;进而对计算结果进行了比较,探讨了动水压力对深水桥墩结构响应的影响程度,可为今后深水桥墩抗震以及抗冰设计提供一定的借鉴和参考。     

往复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱黏结滑移模型及数值模拟研究

为实现地震作用下锈蚀钢筋混凝土柱精细化数值模拟分析,基于已有研究成果建立往复荷载作用下锈蚀钢筋与混凝土间的黏结滑移本构模型:结合课题组前期试验结果,采用ABAQUS有限元分析软件对建立的黏结滑移本构模型进行有效性验证,通过对数值计算结果与试验结果之间误差分析,进一步对黏结滑移模型中的摩擦黏结应力系数和退化系数进行修正,最终建立更为合理的锈蚀钢筋与混凝土间黏结滑移本构模型。通过数值计算结果与试验结果的再次比较,验证修正后黏结滑移本构模型的有效性。结果表明:修正后的锈蚀钢筋与混凝土间黏结滑移模型可更好地反映往复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱的滞回性能。该成果可为地震作用下锈蚀钢筋混凝土结构的数值分析计算提供理论参考。     

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。     

疲劳荷载作用后锈蚀钢筋混凝土梁承载力理论计算方法

锈蚀钢筋混凝土的疲劳破坏是在钢筋锈蚀和疲劳荷载共同作用下造成的结构破坏,其危害巨大。准确获得锈蚀钢筋混凝土构件在经历若干次疲劳荷载作用后的实际承载能力更是具有重要的现实意义。本文在理论上对疲劳荷载作用后锈蚀钢筋混凝土梁承载力进行分析。首先,考虑锈蚀因素对钢筋混凝土梁承载力的影响;其次,考虑疲劳荷载作用对钢筋混凝土梁承载力的影响;最后,考虑上述两种因素的影响,修改现行规范的未锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力公式中的钢筋屈服强度及截面面积,获得若干次疲劳荷载作用后锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的理论计算公式。     

考虑动水压力影响的单柱式桥墩地震反应分析

在Morison方程的基础上,用附加水质量法考虑动水压力对桥墩的影响,以单柱式桥墩为研究对象,以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑桩-土动力相互作用的单柱式桥墩地震反应分析模型,考虑土体和桥墩混凝土的动力非线性特征,分析了地震动作用下动水压力对单柱式桥墩的墩顶相对墩底位移、加速度、剪力和弯矩反应的影响,并探讨了水位对单柱式桥墩地震反应特性的影响。结果表明:动水压力改变桥墩的地震反应特性,增大了桥墩顶部相对底部的位移、墩顶绝对加速度和墩底的内力,水位变化影响桥墩的地震反应特性。对于深水桥墩抗震设计计算,考虑动水压力效应、水位变化是有必要的。     

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。     

青藏铁路多年冻土区桥墩随机地震反应分析

利用随机振动理论和动力分析的有限元方法,将场地地震动考虑为均值为零的高斯平稳随机过程,对青藏铁路多年冻土区典型桥墩进行了随机地震反应分析,计算了9度地震作用下桥墩随机地震响应的统计特性,分析了冻土层对桥墩地震反应的影响。研究结果表明,冻土层对桥墩地震反应具有显著影响。     

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。     

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。     

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。     

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.     

少筋混凝土重力式桥墩抗震研究现状

我国铁路桥梁普遍采用少筋混凝土重力式桥墩（配筋率<0.5%）,现有普通钢筋混凝土结构的延性抗震理论不适用于该类型桥墩。为了促进我国铁路重力式桥墩抗震理论的发展,详细论述了我国少筋混凝土重力式桥墩的研究现状和存在问题。首先,对少筋混凝土重力式桥墩的破坏特征及破坏机理进行了总结;其次,分析了各参数对少筋混凝土重力式桥墩抗震性能的影响;再次,对目前少筋混凝土重力式桥墩的抗震设计方法进行了汇总与分析;最后,对少筋混凝土重力式桥墩的数值分析模型进行了归纳与分析。通过对现有研究的汇总发现:目前对少筋混凝土重力式桥墩的试验研究主要以拟静力方法为主,还缺少振动台试验研究其动力状态下的破坏机理及抗震性能;少筋混凝土重力式桥墩的破坏机理及其与各影响因素之间的定量关系还不明确;已提出的少筋混凝土重力式桥墩的抗震设计方法存在塑性铰区计算不合理等问题,还需要进一步的完善。为少筋混凝土重力式桥墩抗震研究提供了方向。     

Life‐cycle reliability of RC bridge piers under seismic and airborne chloride hazards

Over the last two decades, the probabilistic assessment of reinforced concrete (RC) structures under seismic hazard has been developed rapidly. However, little attention has been devoted to the assessment of the seismic reliability of corroded structures. For the life‐cycle assessment of RC structures in a marine environment and earthquake‐prone regions, the effect of corrosion due to airborne chlorides on the seismic capacity needs to be taken into consideration. Also, the effect of the type of corrosive environment on the seismic capacity of RC structures has to be quantified. In this paper, the evaluation of the displacement ductility capacity based on the buckling model of longitudinal rebars in corroded RC bridge piers is established, and a novel computational procedure to integrate the probabilistic hazard associated with airborne chlorides into life‐cycle seismic reliability assessment of these piers is proposed. The seismic demand depends on the results of seismic hazard assessment, whereas the deterioration of seismic capacity depends on the hazard associated with airborne chlorides. In an illustrative example, an RC bridge pier was modeled as single degree of freedom (SDOF). The longitudinal rebars buckling of this pier was considered as the sole limit state when estimating its failure probability. The findings show that the life‐cycle reliability of RC bridge piers depends on both the seismic and airborne chloride hazards, and that the cumulative‐time failure probabilities of RC bridge piers located in seismic zones can be dramatically affected by the effect of airborne chlorides. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

MPA方法在不同高度桥墩地震响应分析中的适用性研究

桥梁通常是线路中的控制工程,其抗震性能显得尤为重要。作为梁桥重要组成部分的桥墩,往往是地震作用下容易受到损伤的构件。结合西部山区梁桥的典型桥墩结构形式,基于纤维模型的有限元方法建立桥墩的非线性数值分析模型。采用MPA方法对不同高度桥墩的地震响应进行分析,以非线性时程分析方法的计算结果为基准研究MPA方法的适用性。计算表明MPA方法在分析高阶模态参与程度较高的高墩构件时适用性较差。     

墩-水耦合计算模式及深水桥墩动力响应研究

为了研究地震作用下动水压力对深水桥墩的影响,以声波动理论为基础,通过对流体域边界条件的简化和流体域范围的探讨,建立了一种改进的墩-水耦合有限元模型,并提出了常用深水桥墩的理想流体域范围图。分别讨论了深水桥墩在简谐荷载、地震荷载作用下的动力响应,结果表明:动水压力增大了桥墩的动力响应,增幅在20%到50%之间,不可忽视;当桥墩基频越接近简谐荷载激励频率或地震波主频有效带宽区间时,动水压力的影响越大。     

基于纤维模型的高墩连续刚构桥地震行波效应分析

本文基于在MSC.Marc中加入纤维模型编制的THUFIBER程序的基础上,分别采用纤维模型和三维实体单元模型模拟桥墩和上部结构,建立高墩大跨连续刚构桥有限元模型。同时,采用2008年汶川地震波,分析了行波效应对四川某高墩大跨连续刚构桥非线性地震反应的影响。结果表明：行波效应对高墩桥的墩顶位移和墩底剪力影响较大,墩顶位移减小了20%—50%;而墩底剪力增大了20%—30%。