采用混合连接装配式桥墩地震易损性分析

基于整体现浇桥墩试件(ZT-1)、现浇超高性能砂浆(UHPM)-CFST(钢管混凝土)榫卯混合连接桥墩试件(GX-1)、灌浆套筒-CFST榫卯混合连接桥墩试件(GT-1)的拟静力试验现象和结果,采用OpenSees有限元分析软件,开展试件在地震作用下的时程分析,并对其进行易损性评估,确定相对应的损伤量化指标,分析试件在地震作用下的易损性。研究结果表明:(1)在轻微破坏和中等破坏时,GT-1桥墩的易损性曲线变化趋势与ZT-1和GX-1桥墩较为接近;(2)当PGA分别为0.15 g、0.2g、0.3g、0.4g时,GX-1与ZT-1的地震反应均较为接近,与ZT-1桥墩试件相比,GT-1发生严重破坏的超越概率分别减小了6.71%、11.67%、10.32%、4.46%;(3)与ZT-1、GX-1相比,GT-1表现出更好的抗倒塌能力。

多跨连续圆竹-钢组合拱桥全预制快速拼装建造

为提高竹拱桥的跨越能力,以我国已建成的最长竹桥——玲珑大桥为启发,提出采用圆竹和钢材进行多跨连续圆竹-钢组合拱桥的全预制快速拼装建造方法,系统研究圆竹的调弯、防腐工艺和拱圈、拱上建筑的预制拼装,以及拱圈的变形控制等关键技术。结果表明:圆竹-钢组合拱桥的跨越能力明显优于竹拱桥,且结构变形较小;该桥型的构件全部采用预制拼装,具有造价低、施工快速、节能环保等优点,研究结果可为圆竹-钢组合拱桥在类似工程中的推广应用提供参考。

装配式圆钢管约束混凝土桥墩抗震试验及计算方法研究

为研究混合接头(钢管剪力键与灌浆套筒组合)连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩恢复力模型,对其开展拟静力试验研究和受力机理分析,建立经试验验证的ABAQUS有限元模型,同时拓展参数分析。在此基础上,借鉴圆钢管约束钢筋混凝土柱的骨架曲线计算模型,采用回归分析法,提出了混合接头连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩骨架曲线特征值计算方法。研究结果表明:与常规灌浆套筒连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩相比,采用混合接头连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩表现出优越的抗震性能;轴压比、长细比、约束系数和材料参数是影响装配式圆钢管约束混凝土桥墩抗震性能的重要参数;骨架曲线特征值计算方法与有限元分析结果吻合良好,两者比值的均值为0.97~1.05,均方差为0.062~0.072,计算结果可靠。结合骨架曲线计算模型,推导了混合接头连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩恢复力模型,与试验曲线相比,二者吻合较好,并得到工程实例验证。

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。

波浪-地震联合作用下跨海斜拉桥横向减振控制研究

为研究波浪‑地震联合作用下跨海斜拉桥的横向减振控制方法,以某主跨400 m的跨海斜拉桥为工程背景,考虑桥梁下部结构高桩承台群桩基础的波浪荷载,并基于辐射波浪理论求解地震动水力附加质量,建立了波浪-地震联合作用下考虑水‑结构相互作用的全桥有限元模型。在此基础上,采用黏滞阻尼器构建横向减振体系,分别探讨了波浪单独作用和波浪‑地震联合作用下黏滞阻尼器的减振控制效果。结果表明:在波浪单独作用下,仅在辅助墩墩顶设置黏滞阻尼器的横向阻尼体系减振效果较好,能有效抑制波浪荷载引起的主梁横向位移;在波浪‑地震联合作用下,比选出的横向阻尼体系依旧表现出很好的减振效果,且阻尼器参数变化对减振性能的影响规律基本一致;为兼具减振与减震功能,推荐阻尼指数α取0.8,阻尼常数C宜控制在4000~6000 kN•(m/s)^(-α)内。研究成果可为跨海斜拉桥的横向减振设计提供参考。

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。

方钢管约束混凝土桥墩拟静力试验

为研究不同约束形式及混凝土墩身与承台间的连接构造对桥墩试件的抗震性能和各项指标的影响规律,设计1根采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件(SYP-GT4试件)、1根方钢管约束的整体现浇混凝土桥墩试件(SYZ试件)和1根方形截面的整体现浇混凝土桥墩试件(SFZ试件)。在桥墩墩帽处采用位移加载方式完成构件的拟静力试验,观察试件的破坏过程以及破坏模式,分析了桥墩的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、延性、耗能等特征参数。结果表明,3根混凝土桥墩试件的破坏形态基本一致,二者均为整体压弯破坏模式。SYZ试件与SFZ试件相比,水平峰值荷载提高了46.5%,滞回耗能能力更优,均有很好的延性性能,表明方钢管约束的整体式桥墩抗震性能优于现浇混凝土桥墩;SYP-GT4试件与SYZ试件相比,水平峰值荷载数值相接近,位移延性系数提高了24.1%,残余位移小,变形恢复能力较优,滞回曲线呈现更饱满的梭形,无明显捏缩,连接构造对强度和刚度退化的影响较小,两者抗震性能接近。

钢管套箍混凝土桥墩拟静力试验研究

设计制作3根钢管套箍混凝土桥墩试件,对其开展拟静力试验,获得钢管套箍混凝土桥墩的损伤过程与破坏机理,分析延性、等效黏滞阻尼系数、刚度退化、强度衰减及残余位移等抗震性能的影响规律.结果表明,采用钢管剪力键与灌浆套筒组合连接的钢管套箍混凝土桥墩的各项抗震性能指标均达到了钢管套箍整体式混凝土桥墩的抗震性能指标,比仅由钢管剪力键连接的钢管套箍混凝土桥墩滞回曲线更为饱满,水平峰值荷载和位移延性系数分别提高12.93%、27.17%,等效黏滞阻尼系数大、自复位能力强、残余位移小,是较理想的预制桥墩型式.采用ABAQUS程序建立有限元计算模型,进行拓展参数分析,发现轴压比、长细比、套箍系数和钢管剪力键嵌入深度与墩身高度比是影响钢管套箍混凝土桥墩抗震性能的重要参数.

超高性能混凝土铺装层对钢桥面板疲劳性能影响

目的以港珠澳大桥钢箱梁为例,在面板上增加一层超高性能混凝土形成钢-UHPC组合桥面板,分析超高性能混凝土层对钢桥面板各细节疲劳性能的影响.方法利用有限元软件ABAQUS建立带UHPC铺装层和不带铺装层的局部钢箱梁节段模型.结果对于加了UHPC铺装层的正交异性钢桥面板,纵肋与盖板连接处盖板纵向处的最不利细节横向位置及对应的最不利横向加载点均未发生变化;纵肋与盖板连接处纵肋纵向处、纵肋与横隔板连接处纵肋腹板处和纵肋与横隔板连接处横隔板腹板处的最不利细节横向位置未发生变化,但其对应的最不利横向加载点发生变化;横隔板腹板切口自由边和纵肋下缘对接焊缝处的最不利细节横向位置及对应的最不利横向加载位置均发生了变化.结论UHPC层大幅度增加了钢桥面板的刚度,进而大大降低了各疲劳细节的应力幅水平,减少了各细节发生疲劳开裂的几率.

采用UHPC-RC阶梯桩的整体桥试设计

为了增大桥台基础柔度,适应整体桥纵桥向变形需要,提出了上部采用超高性能混凝土(UHPC)材料、下部采用普通混凝土(RC)材料的UHPC-RC阶梯桩,进行了这种新型桩基整体桥的试设计,在桩顶3m范围内用截面尺寸为30cm×30cm的UHPC代替原来的70cm×50(70)cm普通混凝土,并采用MIDAS软件建立了全桥空间有限元模型。研究结果表明:恒载作用下,试设计桥梁端负弯矩相比于原桥明显减小;在偏载和中载作用下,试设计桥主梁在桥台处的负弯矩分别减小14.2%和22.8%;整体降温作用下,主梁的轴力和弯矩均都有显著减小,桩身的最大剪力和最大弯矩出现在桩顶位置,分别减小52.2%,59.8%;在整体升温作用下,桥台的最大剪力和最大弯矩出现在桥台顶部位置,分别减小32.6%,45.8%;UHPC-RC阶梯桩是一种适合中国国情、有发展前景的无缝桥桩基新结构。

大跨度活性粉末混凝土拱桥试设计

以主跨420 m的万州长江大桥作为原型,进行了大跨度活性粉末混凝土拱桥试设计的初步分析.分析结果表明,利用活性粉末混凝土的高强度和高性能,在设计时可以采用更薄的截面形式,有效地减轻拱圈的自重,从而使主拱圈在自重作用下的内力降低,施工难度也随之降低.初步研究结果表明,活性粉末混凝土在大跨度拱桥中的应用是可能的.

整体式弯桥试设计研究

以某实桥为工程背景,进行整体式弯桥的试设计和设计验算。采用MIDAS/Civil2015有限元软件分别建立了原桥和整体式弯桥的3D有限元模型,后者考虑了台-土及桩-土相互作用。对比分析了两者在恒载、活载(汽车荷载)、温度荷载、混凝土收缩以及地震等荷载作用下的受力性能。结果表明:由于梁端固接和台后土压力等影响,恒载、活载、温度及混凝土收缩等荷载作用下,整体式弯桥梁端具有较大的负弯矩;整体式弯桥在恒载作用下的主梁弯矩值较原桥均匀,而在活载作用下主梁弯矩值与原桥相近;温度荷载对整体式弯桥的主梁内力影响最大,其次为混凝土收缩效应,在设计中应引起重视;在恒载、活载作用下,整体式弯桥和原桥的主梁扭矩基本呈反对称分布,且恒载下的主梁边跨扭矩显著小于原桥,而在活载下两者的主梁扭矩相差不大,整体式弯桥表现出较优的抗扭性能;此外,整体式弯桥的抗震性能明显优于原桥,可有效避免主梁在地震中的侧向偏位和落梁等现象,在高震区使用更具优势。

预制拼装PC箱形墩双向拟动力试验研究

为研究预制拼装PC箱形墩在双向地震作用下的响应规律和损伤机理,以某高速公路桥梁的箱形墩为背景,设计3个缩尺比为1∶12.5的PC箱形墩模型试件(2个预制拼装和1个整体现浇),通过双向拟动力加载试验分析3个试件的破坏模式、骨架曲线、耗能、预应力变化规律。结果表明:在双向地震作用下,预制拼装试件的混凝土开裂和压碎都集中在接缝区域;预制拼装试件的骨架曲线没有强度稳定阶段,大致呈双折线;在截面强轴方向,试件的耗能能力非常接近;在断丝之前预应力随加速度峰值的增加基本呈线性增长,预应力突然增大时断丝。进行预制拼装PC箱形墩抗震分析时,建议重点分析墩角位置预应力筋的应力。

钢管混凝土格构式高墩连续弯梁桥地震响应及参数分析

钢管混凝土格构式高墩连续弯梁桥是强震区高速公路的新兴桥型之一。本文依托四川干海子特大桥实际工程,以梁墩刚度比、曲率半径、缀管布置形式以及有无减隔震装置为设计参数,应用Midas Civil有限元软件构造了26座三跨对称曲线连续梁桥计算模型,对E1地震作用下钢管混凝土组合桁梁和格构墩主要控制截面处的弯矩、扭矩、墩顶位移、位移率等地震响应值进行对比分析,探讨了各设计参数对钢管混凝土格构式高墩连续弯梁桥的影响规律和抗震适用性,给出了建议的参数适用取值范围,并对干海子大桥第一联结构进行了优化验证。该研究结论可为同类桥梁抗震优化设计提供理论支撑,提高结构安全度,同时也为钢管混凝土组合结构桥梁的抗震设计规程修编提供参考和借鉴。

微型桩材料对桩—土动力相互作用的影响分析

利用ABAQUS有限元软件,开展不同材料微型桩—土动力相互作用的影响研究,桩身材料分别选为C40普通混凝土、C60普通混凝土、钢管混凝土、RPC混凝土。分析结果表明,由于弹性模量发生变化,不同材料微型桩的桩身弯矩存在明显差异;桩身材料的弹性模量过大会使微型桩的变形减弱;与静力荷载作用不同的是,动力荷载作用下的微型桩在上、下土层范围分别出现了一正一负两个较明显的桩周土反力峰值点。相关研究结论对指导微型桩的设计具有参考价值。

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。

考虑二次受力的UHPC加固RC桥墩轴压承载力研究

为解决素超高性能混凝土(UHPC)在钢筋混凝土(RC)桥墩加固中出现的脆性破坏问题,以初始应力水平为参数,设计3根矩形RC桥墩试件(1根未加固,2根采用内置钢筋网的UHPC加固)进行桥墩轴压承载力研究。考虑实际桥墩加固存在的二次受力情况,通过轴压极限承载力试验分析其破坏过程和承载性能;采用Abaqus软件建立试件有限元模型,分析UHPC加固厚度和抗压强度对试件轴压极限承载力的影响;根据试验和有限元分析结果,提出当UHPC加固厚度大于界限厚度时的UHPC加固桥墩的轴压极限承载力简化计算公式。将公式的计算值与试件的试验实测值、有限元计算值进行比较,结果表明:与未加固桥墩相比,2根UHPC加固桥墩的轴压极限承载力分别提升了173%、159%,UHPC加固桥墩的轴压极限承载力随初始应力水平的提高而降低;UHPC加固桥墩的轴压极限承载力随UHPC加固厚度和抗压强度的增大而增大;所提出公式的计算结果具有较高的计算精度,可为二次受力状态下UHPC加固RC桥墩的轴压极限承载力计算提供理论依据。

钢筋混凝土偏压构件承载力各国规范算法比较

为进一步研究钢筋混凝土偏压构件的承载力计算方法,利用收集的试验资料,采用中国《混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)》、《混凝土结构设计规范(GB 50010-2002)》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》进行计算,发现部分试件采用中国规范计算结果与试验值的偏差超过20%。进一步通过算例,分别采用中国规范和美国《Building Code Requirements For Structural Concrete(ACI 318-05)》、欧洲《Eurocode 2:Design of Concrete Structures(EN 1992-1-1:2004)》规范进行计算,发现在构件计算长度相同的情况下,各规范的计算结果存在较大差异。另外,各规范在构件的计算长度取值方面,也存在一些区别。建议进一步开展钢筋混凝土偏压构件的承载力计算方法的研究。

关于桥梁工程本科毕业设计的几点思考

毕业设计是桥梁工程本科生专业能力锻炼的关键性环节。对桥梁毕业设计的概况进行介绍,结合近几年毕业设计存在的主要问题进行分析,提出了改进毕业设计质量的一些建议,包括加强教师团队建设、改进成绩评价体系、严格进行过程控制等,对推动桥梁工程毕业设计教学改革具有参考价值。

不同UHPC加固措施的RC墩柱轴压性能试验研究

为指导桥梁墩柱加固设计,研究不同超高性能混凝土(UHPC)加固措施对钢筋混凝土(RC)墩柱轴压性能的影响,以加固方式(全高加固、非全高加固)、加固层材料(素UHPC、UHPC+钢筋网、UHPC+内FRP网格、UHPC+外FRP布)为参数,设计15根矩形RC墩柱试件(1个未加固试件、7个全高加固试件和7个非全高加固试件)进行轴压试验,分析其破坏模式和损伤机理,以及RC试件在轴压荷载作用下的极限承载力、刚度及延性等。结果表明:与未加固试件相比,全高加固试件、非全高加固试件的极限承载力提高率分别为142%~183%、28%~57%,但全高加固试件表现为脆性破坏,而非全高加固试件表现为延性破坏,宜根据工程实际需要采用合理的加固方式;采用不同加固层材料的加固效果为素UHPC、UHPC+内FRP网格、UHPC+外FRP布、UHPC+钢筋网依次递增,宜采用UHPC+钢筋网作为加固层材料。