压弯扭作用下新型承插装配式桥墩的抗震性能

为明确并提升承插式拼装桥墩抵抗压弯扭等复合荷载的能力,提出了一种结合灌浆套筒和承插口组合连接的新型承插装配式墩,通过复合荷载作用下的拟静力试验对比了现浇(reinforced concrete,RC)、灌浆套筒(grouting and sleeve,GS)、承插口(socket with ultra-high performance concrete,SU)和结合套筒连接钢筋的新型承插(grouting sleeve and socket with ultra-high performance concrete,GSU)连接拼装桥墩的损伤机理和滞回性能,结合有限元模型重点讨论了承插口深度对滞回性能的影响。结果表明:4个构件的破坏模式都是以受弯破坏为主的弯扭破坏,其中SU构件出现了轻微拔起的现象,而对应的GSU构件并未出现该现象,与RC构件接近;各构件的剪力-墩顶位移骨架发展趋势比较一致,由于GSU构件纵向钢筋连续,具有更好的整体性能,其抗弯承载力与RC构件接近,且明显大于SU和GS构件,4个构件弯曲滞回耗能较为接近;承插口深度为1.0倍截面宽度的GSU构件抗扭承载力略高于RC构件,且明显大于其余装配式墩,GSU构件的扭转刚度、延性系数和耗能能力均大于其他3个墩;当承插口深度采用0.5倍构件截面宽度时,新型承插GSU构件的抗弯和抗扭承载力均略高于整体现浇构件,具有良好的抵抗压弯扭荷载的能力,可以实现浅承插口连接。研究结果可为压弯扭复合作用下装配式墩的应用提供试验依据。

压弯剪扭复合作用下灌浆套筒装配式RC墩的抗震性能

随着城市交通的快速发展,对其建设要求越来越高,城市桥梁主要为匝道桥、斜交桥等非规则桥梁.为得到压弯剪扭等复合地震作用下装配式墩的损伤机理和滞回特性,进行了灌浆套筒连接(Grouting Sleeve,GS)、灌浆套筒和钢管混凝土剪力键组合连接(Grouting Sleeve and Steel-tube,GSS)装配式墩和钢筋混凝土现浇(Reinforced Concrete,RC)墩等三种桥墩在压弯剪扭复合作用下的拟静力试验.结合现有混凝土结构设计规范计算剪扭相关曲线,并与试验结果进行对比,分析装配式墩复合荷载作用下的剪扭承载能力.结果表明:GS构件与RC构件以压弯扭破坏为主,而插入钢管剪力键的GSS构件则发生塑性铰上移,呈现出剪扭破坏的特征.GS构件和RC构件具有较好的弯曲耗能能力,增加钢管剪力键的GSS构件则可以提升抗弯承载力.装配式墩接头导致其整体性较弱,GS构件和GSS构件抗扭承载力小于RC构件.各构件在复合荷载作用下的剪扭相关关系接近规范中的1/4圆理论曲线,研究结果可以为灌浆套筒连接装配式墩在压弯剪扭复合作用下的抗震性能分析提供参考.

UHPC和预制榫卯混合连接装配式RC桥墩拟静力试验

为研究现浇超高性能混凝土(UHPC)和预制榫卯混合连接构造对装配式钢筋混凝土(RC)桥墩抗震性能的影响,以某实桥为背景,按缩尺比1∶5、轴压比0.1设计、制作了4个桥墩试件(ZT-1试件为整体现浇;CFST-1试件为钢管混凝土榫卯和灌浆套筒混合连接;UT-1试件和UT-2试件为现浇UHPC和预制榫卯混合连接,UHPC湿接缝分别位于墩底及距离墩底200 mm处)。通过桥墩试件的拟静力试验,分析各试件的破坏模式,并对比各试件的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、耗能能力及刚度退化等参数。结果表明:4个试件均为压弯破坏,ZT-1试件和UT-2试件的塑性铰位于墩底,CFST-1试件和UT-1试件发生了塑性铰上移的现象;与ZT-1试件相比,UT-1试件和UT-2试件的峰值荷载分别提高了3.52%和7.09%,位移延性系数分别提高了2.22%和4.60%;与CFST-1试件相比,UT-1试件和UT-2试件的峰值荷载均小于CFST-1试件,但UT-1试件和UT-2试件的位移延性系数分别提高了18.38%和21.14%;UT-2试件的整体耗能能力优于UT-1试件;UT-1试件和UT-2试件的承载能力下降较为缓慢,且变形能力较强,说明现浇UHPC和预制榫卯混合连接的装配式RC桥墩具有较好的抗震性能。

基于双向拟静力试验的钢筋混凝土箱型薄壁墩抗震性能

对14个钢筋混凝土箱型薄壁墩进行了双向拟静力试验,考察了长细比、轴压比、配箍率等对箱型薄壁墩双向荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性、滞回耗能和极限曲率等特性的影响,讨论了箱型薄壁墩的双向滞回性能.结果表明:在水平双向反复荷载作用下,箱型薄壁墩以弯曲破坏为主,低墩破坏区域集中于墩底,高墩的破坏区域明显上移;长细比越大,轴压比越小的箱型薄壁墩滞回曲线越饱满,变形能力越大;在长细比为6.9～13.1的范围内,位移延性系数随长细比的增大而减小,长细比为16.3的试件位移延性系数明显增大;长细比大于13.1的试件塑性破坏范围明显增大,但极限曲率显著降低.

BFRP模壳不排水加固桥墩的延性设计方法

针对桥梁桥墩受到水流冲刷发生损坏的问题,BFRP模壳加固桥墩是一种新型的不排水加固桥墩的方法,但缺乏针对BFRP模壳加固后桥墩抗震性能的分析方法。因此,在试验的基础上,建立了BFRP模壳加固桥墩位移和延性系数、材料性能参数,包括BFRP约束混凝土的极限压应变、BFRP配箍率、BFRP有效极限抗拉强度和BFRP有效极限抗拉应变等之间的力学计算模型,提出了基于目标延性系数提高指标的BFRP模壳抗震延性加固设计方法,通过试验结果验证了所提出方法的可靠性。以位于福建省某简支梁桥2号墩的桩基作为现场例证,介绍了加固设计的过程。

连续梁桥钢阻尼滑板支座隔震性能试验研究

为研究钢阻尼滑板支座对连续梁桥的隔震效果,以某25m+25m连续梁桥为原型设计制作缩尺比为1∶5的模型,通过振动台试验研究钢阻尼滑板支座的隔震性能,分析不同地震波类型、输入方向和强度对钢阻尼滑板支座隔震效果的影响。结果表明:当地震波频率接近模型桥的自振频率时,钢阻尼滑板支座的隔震效果相对较差;地震波双向输入时模型桥的加速度和位移响应大于单向输入时的响应;地震波横向输入时模型桥的地震响应大于纵向输入时的响应;输入地震动强度越大,钢阻尼滑板支座的隔震效果越明显;加速度峰值3.82m/s2的地震波作用后,模型桥中墩出现微裂缝,但不影响桥梁的正常使用,钢阻尼滑板支座的隔震效果良好。

三跨斜交T梁动力特性分析

以107国道深圳元朗斜交桥为背景,首先对全桥进行环境振动测试,利用频域中的峰值法(PP)和时域中的随机子空间识别法(SSI)识别出三跨斜交T梁桥的频率、振型和阻尼比;利用ANSYS软件建立了全桥三维有限元模型,进行理论模态分析并和实测结果进行比较,并进一步分析了不同斜交角时动力特性的差异,探讨了此类斜交桥的动力特性。

环境温度对连续箱梁刚构桥相对小波熵指标的影响研究

以一座高速公路预应力混凝土连续箱梁刚构桥为工程背景,结合健康监测系统的长期测试数据,研究环境温度对相对箱梁桥小波熵指标S_(WT)的影响规律。首先,介绍了环境激励下桥梁结构相对小波熵指标的计算方法。其次,利用实时监测数据,分析得到了箱梁桥各截面的实测相对小波熵指标日变化和年变化规律。最后,基于逐步最优线性回归分析方法建立了相对小波熵指标与温度时、空间分布的多元线性回归模型,并提出了相对小波熵指标的温度修正模型。结果表明,所建立多元线性回归模型具有较好的拟合和预测精度,通过温度修正可以有效地剔除环境温度变化对预应力混凝土箱梁桥相对小波熵指标的影响,使其有效地应用于桥梁的损伤识别。

预应力对混凝土梁动力特性的影响分析

通过对预应力混凝土梁强迫振动试验与有限元动力分析,得出了预应力混凝土梁的基本动力特性;进一步考察了预应力大小、预应力筋形状和位置对动力特性的影响。结果表明:对于混凝土梁,是否施加预应力和预应力索的位置对频率会产生一定的影响,而预应力大小和预应力索的形状对频率的影响则较小,分析结果有助于结构健康监测和损伤识别。

预应力RC-UHPC简支组合箱梁设计

为改善混凝土箱梁的受力性能,提出预应力RC-UHPC简支组合箱梁新结构。以实际工程中某现浇预应力单箱双室简支箱梁桥为工程背景,开展设计研究,采用预应力RC-UHPC组合箱梁替代原设计的现浇箱梁,通过理论分析和MIDAS CIVIL相结合的方式,探讨了此结构的计算方法,并对设计的箱梁进行设计计算,结果表明所设计的新结构的抗弯承载力和最大变形量等均符合现行设计规范的要求。通过对原设计箱梁和新型箱梁的造价、施工便利性、耐久性等方面进行比较,发现所提出的新型箱梁的造价与原设计箱梁较为接近,但其混凝土和预应力筋的用量比原现浇桥减少了49.6%和21.1%,可采用预制吊装方案,施工方便,且腹板采用的UHPC抗裂性、耐久性均得到明显提高,具有广阔的应用前景。

钢筋混凝土箱型墩的双向恢复力特性

为了建立钢筋混凝土箱型墩在双向地震作用下弹塑性响应的简化分析模型,对其在双向反复荷载作用下的荷载位移恢复力特性进行了研究.首先介绍了钢筋混凝土箱型墩双向拟静力试验的基本情况及其破坏模式.其次,结合双向压弯作用下钢筋混凝土箱型截面的弯矩曲率分析,建立了箱型墩构件峰值位移、极限位移和残余变形的计算方法,并提出了钢筋混凝土箱型墩荷载位移三折线骨架曲线和卸载刚度的计算公式,建立了相应的理论恢复力模型.最后,利用试验结果,对理论恢复力模型进行分析和验证.结果表明,钢筋混凝土箱型墩在双向荷载作用下以弯曲破坏为主,实测和计算骨架曲线、滞回曲线吻合良好,考虑双向荷载作用的理论恢复力模型能够反映钢筋混凝土箱型墩的基本抗震性能.

钢筋混凝土箱型墩延性抗震性能研究

为了研究钢筋混凝土箱型墩延性抗震性能,以14个箱型墩的双向拟静力试验和双向荷载作用的箱型截面弯矩曲率分析为基础,讨论了双向荷载作用下箱型墩等效塑性铰长度计算公式和极限位移计算方法。结果表明:高宽比越大的钢筋混凝土箱型墩塑性破坏区范围越大,极限曲率显著降低。计算屈服位移和极限位移与实测值接近,极限位移的计算方法可用于箱型墩的延性抗震性能分析。

斜入射地震下预制拼装管廊地震响应分析

斜入射相较于垂直入射存在着更为复杂的波场叠加情况,从而引起土体产生非一致性变化,而预制管廊等地下结构也相应地存在着更为复杂的响应,但目前该方面的认识仍不充分。因此,以某试验区环湖路综合管廊工程为背景,进行了斜入射下预制拼装管廊非线性地震分析方法和响应规律研究。首先介绍了土结共同作用的与预制拼装综合管廊有限元模型的建立方法,包括单元选择、土体动力本构和编程以及动力接触模拟等。重点研究了斜入射土体粘弹性边界的建立,并建立了Auto_VSB辅助程序,得到了预制拼装管廊的地震响应规律。结果表明,文中建立的模型能较好实现斜入射作用下预制拼装管廊的地震响应分析,其中,斜入射土体粘弹性边界具有较高的精度,辅助程序极大提高了计算效率。与垂直入射相比,斜入射条件下土底加速度传播至结构底部会被放大,竖向加速度放大系数增大,结构接头间竖向错动位移增大。斜入射输入方式在竖向对结构造成较大影响,在实际工程中应加以考虑。

美国华盛顿州桥梁快速施工技术研究与实践

为能在地震地区采用预制拼装混凝土下部结构快速施工桥梁,华盛顿州交通运输部采用静力弹塑性分析方法,对排架墩桥梁体系的现浇扩大基础-预制墩柱的承插式连接,以及预制墩柱-预制盖梁的灌浆套筒连接进行试验,并修建了一座示范桥进行验证。结果表明,排架墩桥梁能满足抗震性能和快速施工的需要,减少了施工时交通中断,同时也保证了工程质量和长期使用性能;采用预制混凝土盖梁可以避免使用高架脚手架和支撑,从而节省了时间和成本,提高了工人工作的安全性;预制墩柱-预制盖梁连接通过采用少量的粗钢筋和大直径波纹管在现场更容易进行装配;现浇混凝土扩大基础和预制混凝土墩柱的承插式连接在恒定垂直荷载和周期横向荷载共同作用下有较好的受力性能,同时又可以快速方便地施工。

基于振动台试验的钢阻尼滑板支座地震易损性分析

为有效地评价一种新型C型钢阻尼滑板支座的隔震性能,在两跨连续梁桥振动台试验的基础上,对该支座进行了易损性分析。首先介绍了振动台试验的基本情况,采用弹簧单元模拟隔震支座,建立了两跨连续梁桥的计算模型;其次,根据支座位移和破坏之间的关系,建立了钢阻尼滑板支座不同损伤状态的判断准则,并计算得到了钢阻尼滑板支座的地震损伤概率需求模型和地震动PGA概率需求模型;最后,建立了钢阻尼滑板支座概率损伤模型,利用易损性曲线评估了钢阻尼滑板支座隔震桥梁的抗震性能。结果表明,所提出的概率需求模型精度较高,实测和计算支座位移的误差在15%以内;基于概率的易损性方法可以有效地评估钢阻尼滑板支座的隔震性能,在设计地震作用下钢阻尼滑板支座产生中等损伤的概率小于10%;在罕遇地震作用下,钢阻尼滑板支座发生严重、完全破坏的概率分别小于20%、5%;在同等地震动强度作用下,支座发生纵桥向破坏的概率大于横桥向。

灌浆套筒混合连接装配式方柱墩偏压性能试验

目的为提高灌浆套筒连接节段拼装桥墩的整体受力性能,提出内置钢管的灌浆套筒接头连接节段拼装方柱墩,并对其偏压性能进行研究。方法以钢管长度、直径及壁厚等为参数,设计了8个拼装桥墩试件,研究节段拼装桥墩在大小偏压作用下的损伤机理和受力性能。结果采用混合接头的装配式桥墩在偏压作用下破坏位置主要在桥墩中下部,随着钢管长度的增加上移而逐渐接近整体现浇桥墩,且破坏时钢管屈服。钢管长度和直径的增加可以有效提高装配式桥墩试件的承载力,采用混合接头连接装配式桥墩在小偏压和大偏压作用下竖向承载力最大分别比现浇桥墩提高了21.6%和62.2%。结论考虑内置钢管作用,提出小偏压作用下竖向承载力计算修正公式,可为内置钢管的混合接头连接节段拼装桥墩的偏压计算提供参考。

德国旧钢桥评估

由于不可能在短时间内替换所有旧钢桥,因此在德国,旧钢桥的评估就变得越来越重要。介绍德国旧钢桥模拟方面的一些经验,解释了公路钢桥疲劳寿命计算的一般方法和德国铁路公司提出的计算铁路钢桥疲劳寿命的新标准方法。通过对几座公路桥梁和铁路桥梁的评估,解释了旧钢桥评估方面的一些典型的问题。

连续梁桥钢阻尼滑板支座设计参数优化方法

钢阻尼复合滑板支座具有滑动耗能、自复位且经济性好的优点,但对其实际隔震性能还缺乏实桥试验验证,不同设计参数对其隔震率的影响规律也缺乏认识。针对这些问题,以一座两跨连续梁桥为研究对象,进行1∶5缩尺比模型的振动台试验,分析了墩顶位移、墩底剪力和桥面位移的减震率,比较了不同强度地震作用下高阻尼橡胶支座和钢阻尼滑板支座的隔震效果。结合有限元模型,分析了不同类型地震作用下屈服力、初始刚度、屈服刚度比对墩顶位移、墩底剪力和桥面位移减震率的影响规律,并分析了参数取值范围。结果表明,钢阻尼滑板支座的隔震效率在纵桥向略优于高阻尼橡胶支座,横桥向则接近高阻尼橡胶支座。综合考虑桥面板位移、墩顶位移和墩顶剪力的减震率,可以确定出钢阻尼滑板支座的有效取值范围,对实桥的支座设计有借鉴作用。

基于双向拟静力试验的箱型高墩连续刚构桥Pushover分析

利用双向拟静力试验得到恢复力模型,分别进行了纵桥向和横桥向的Pushover分析,评价了高墩大跨连续刚构桥的抗震性能。首先,以薄壁箱型高墩双向拟静力试验为基础,建立考虑双向地震动作用的恢复力模型;然后,利用该恢复力模型,采用均匀加速度分布、模态分布和考虑高阶模态的模态分布3种加载模型进行高墩和全桥横向和纵向的Pushover分析;最后,通过弹塑性时程分析方法,对Pushover分析结果进行比较,并结合《公路桥梁抗震设计细则》进行桥梁抗震性能评价。结果表明:(1)提出的双向恢复力模型一定程度上可以考虑双向荷载作用的相互影响;(2)采用多阶振型组合的推倒分析与动力时程反应分析的结果比较吻合;(3)大桥抗震能力达到了8度设防要求。

基于健康监测的连续刚构桥有限元模型确认(Ⅰ)——基于响应面法的有限元模型修正

有限元模型修正不能考虑不确定性和进行响应预测,而模型确认是模型修正的发展,该系列论文建立了桥梁有限元模型确认的基本方法。主要讨论模型确认的关键步骤之一——基于响应面的桥梁有限元模型修正方法,包括试验设计、参数筛选、响应面模型选择以及模型检验等;基于下白石大桥的实时健康监测,利用响应面方法成功地对下白石大桥的有限元模型进行修正。结果表明:有限元模型修正后的计算结果与实测结果比较吻合,最大相对误差不超过6%,修正后的有限元模型可以进一步应用于模型确认,对桥梁健康监测和安全评估有益。