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。

Seismic performance of precast bridge columns connected with grouted corrugated-metal duct through biaxial quasi-static experiment and modeling

In this paper,the seismic behaviors of precast bridge columns connected with grouted corrugated-metal duct(GCMD)were investigated through the biaxial quasi-static experiment and numerical simulation.With a geometric scale ratio of 1:5,five specimens were fabricated,including four precast bridge columns connected with GCMD and one cast-in-place(CIP)bridge column.A finite element analysis model was also established by using OpenSees and was then calibrated by using the experimental results for parameter analysis.The results show the biaxial seismic performance of the precast bridge columns connected with GCMD was similar to the CIP bridge columns regarding ultimate bearing capacity and hysteresis energy,and further,that it could meet the design goal of equivalent performance.The seismic performance of the precast bridge columns connected with GCMD deteriorated more significantly under bi-directional load than under uni-directional load.A proper slenderness ratio(e.g.,7.0-10.0)and longitudinal reinforcement ratio could significantly improve the energy dissipation capacity and deformation capacity of the precast bridge columns,while the axial load ratio and concrete strength had little influence on the above properties.The research results could bring insights to the development of the seismic design of precast bridge columns connected with GCMD.

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。

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。

UHPC在混凝土梁的加固应用研究进展

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)已经在混凝土结构的加固中得到广泛的应用。文章对在役混凝土梁常见的病害及工程中常用加固方法的优缺点,以及UHPC应用于混凝土梁加固的技术可行性、优缺点、应用前景进行分析,并对既有的UHPC加固梁的施工工艺、受力性能及计算方法等进行综述。研究结果表明:与传统的加固方法相比,采用UHPC对钢筋混凝土梁进行加固,无论在技术可行性、结构耐久性和工程造价方面,均存在明显的优势;与未加固的混凝土梁相比,UHPC加固梁的承载能力和刚度等力学性能均大幅提高,且对旧桥自重的影响有限;其加固施工工艺是影响增大截面加固效果的重要因素,需结合工程案例开展系统研究;由于加固结构大多已服役数年,在计算加固构件的承载力时,初始损伤对结构承载力的折减是今后需要重点研究的问题。

预制桥面板UHPC湿接缝的界面受力性能研究

为确定合理的界面间约束与接触关系,采用ABAQUS中3种不同的约束与接触关系基于现有试验试件进行模拟,将数值分析结果与试验结果与进行对比分析。研究表明:采用内聚力模型的有限元模型破坏形态与试验结果较为一致,绑定约束次之,而采用接触摩擦模型的有限元模拟结果与试验差别最大;以试验开裂荷载与极限荷载为分析对象,绑定约束与内聚力模型的数值分析结果与试验吻合较好,而接触摩擦模型的数值分析结果与试验差异较大;与绑定约束模型相比,内聚力模型能够较好地模拟试件界面的损伤。因此,当采用ABAQUS进行预制桥面板与UHPC湿接缝的界面受力的有限元分析时,宜采用内聚力模型或绑定约束模型,不宜采用接触摩擦模型。

跨海大桥RC桥墩防腐蚀研究进展

跨海大桥墩柱腐蚀问题日益严重,为提高跨海大桥桥墩的耐久性,在收集大量实桥资料和相关研究的基础上,对跨海大桥桥墩的腐蚀现象、被腐蚀的诱因、常用的防腐蚀措施等进行综述和分析,结果表明:现有的跨海大桥桥墩混凝土的腐蚀现象严重,耐久性需得到进一步提高;桥墩的防腐蚀措施研究已经取得一些进展,但在产业化推广方面,仍需要进一步开展研究;与传统的混凝土防腐蚀措施相比,向混凝土添加防腐剂的措施、在经济性、施工便利性等方面,具有明显的优越性,是今后跨海大桥桥墩防腐蚀研究的重点。对今后开展跨海大桥RC桥墩防腐蚀研究具有参考价值。

带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩抗震性能

为研究不同连接方式装配式混凝土桥墩的抗震性能,进行了2根装配式混凝土桥墩(连接构造分别为钢管剪力键和灌浆套筒)和1根现浇整体式混凝土桥墩的拟静力试验,分析对比试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力,采用ABAQUS通用程序建立有限元模型,并开展了有限元参数分析.研究结果表明:3类桥墩试件水平荷载-位移滞回曲线较饱满,具有良好的抗震性能,均为整体压弯破坏,无明显的强度退化,累积耗能能力相近;在不同轴压比、长细比、混凝土强度和钢筋强度条件下,带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩的水平峰值荷载和位移延性系数均优于传统灌浆套筒连接的装配式桥墩,提高幅值分别为4%~32%和8%~36%;轴压比、长细比、钢管剪力键嵌入深度和钢管直径是影响钢管剪力键连接的装配式混凝土桥墩抗震性能的重要参数.

钢管混凝土格构式高墩连续梁桥抗震设计

以干海子特大桥为工程背景,选取不同的结构设计参数,包括墩高、柱肢坡度、轴压比、支主管管径比、平缀管竖向间距、柱肢含钢率、横撑道数、墩顶柱肢间距及柱肢截面形式,采用midas civil有限元软件构造34座三跨对称连续梁桥作为计算模型,进行E1弹性地震响应分析,研究结构设计参数对钢管混凝土格构式高墩连续梁桥抗震性能的影响规律和适用性,在此基础上进行全桥优化设计。计算结果表明,优化后的实桥模型可大大降低地震响应,改善结构内力分布。

装配式圆钢管约束混凝土桥墩抗震性能研究

为研究装配式圆钢管约束混凝土桥墩的抗震性能,以约束方式和连接方式为参数,对3根桥墩试件开展拟静力试验研究,分析各桥墩试件的破坏模式以及结构延性、耗能能力、刚度退化、残余位移等方面的抗震性能,采用ABAQUS通用程序建立有限元模型,并进行有限元参数分析。试验结果表明:装配式圆钢管约束混凝土桥墩试件的破坏形态基本相同,均为压弯破坏;与传统装配式混凝土桥墩(T-8)相比,装配式圆钢管约束混凝土桥墩(YT-8和YTG-8)的水平峰值荷载分别提高了30.0%和53.9%,位移延性系数分别提高了52.4%和67.5%;与灌浆套筒连接的圆钢管约束混凝土桥墩相比,采用混合接头连接(灌浆套筒与钢管剪力键组合)的装配式圆钢管约束混凝土桥墩的滞回曲线更为饱满,耗能能力强,残余位移小,水平峰值荷载提高了18.4%,位移延性系数提高了9.9%,表现出良好的抗震性能;在不同轴压比、长细比及混凝土强度条件下,采用混合接头连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩在水平峰值荷载和位移延性方面均优于传统灌浆套筒连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩。

软黏土中坑中坑式内支撑基坑抗隆起稳定性分析

坑中坑式基坑在基坑底部进行二次开挖,其隆起破坏机理比普通单一基坑要复杂.采用强度折减有限元分析法研究坑中坑式基坑的抗隆起稳定性.研究了内外坑间平台宽度,内坑宽度和深度,内外坑挡墙的插入深度,软土层不排水抗剪强度等归一化参数对坑中坑式基坑抗隆起破坏模式及抗隆起稳定安全系数的影响.坑中坑式基坑的抗隆起破坏模式可分为三种内外坑整体隆起破坏(M1),内外坑整体隆起破坏和外坑独立隆起破坏同时发生(M2),外坑独立隆起破坏(M3).确定基坑破坏模式在M1,M2以及M3之间转化时,各个参数的临界值.增大内外坑间平台宽度,内外坑挡墙的插入深度以及软土层的不排水抗剪强度,会提高坑中坑式基坑的抗隆起稳定安全系数.增大内坑的宽度和深度则会降低坑中坑式基坑的抗隆起稳定安全系数.

增大截面法加固RC柱受压性能研究进展

综述了增大截面法加固RC柱的研究现状。首先,介绍了增大截面法加固RC柱的构造以及不同构造的适用范围;其次,对增大截面法加固RC柱受压承载力研究的发展与现状进行调研,重点分析了二次受力对于加固柱受压承载力的影响;再次,对增大截面法加固RC柱的各类理论研究进行归纳总结,并根据收集到的文献的试验数据进行计算,对不同的理论公式进行了对比分析;最后,介绍了新型混凝土在增大截面法加固RC柱中的应用研究,对现有研究的不足进行讨论,并指出目前的研究尚处于起步阶段,采用新型混凝土的增大截面法是今后的研究方向和热点。

基于相位角变化的桩基缺陷位置识别方法

传统的低应变反射波信号解读方法具有很大的经验性,因而对桩身的缺陷位置常常作出错误的估计。为合理判断桩身缺陷位置,提出一种新的基于相位角变化的桩基缺陷位置改进识别方法。首先,利用解析模态分解定理和递归希尔伯特变换提取了重点关注频带范围内的反射波纯调频信号;其次,对提取的纯调频信号进行小波变换并通过相位角的变化判别桩身缺陷位置;最后,通过王乾1号大桥桩基实测数据验证了所提出方法的有效性。研究结果表明,该方法能够有效判断桩身缺陷疑似位置,为后续的缺陷位置排查提供了便利,但仍需结合其他桩基损伤识别方法和相关工程资料进行验证。

预制拼装等边箱型墩抗震性能指标分析

采用IDA法对预应力预制拼装箱型高墩的抗震性能和性能指标进行研究,对墩底截面曲率、墩顶位移、预应力3个基本性能指标在预应力预制拼装箱型高墩领域的适用性进行探讨.结果表明:对于预应力预制拼装箱型高墩来说,由于高阶振型的影响,墩顶位移的大小并不能准确表征构件的损伤状态,不适合作为抗震性能指标;当墩底曲率达到极限曲率时,墩底截面曲率增加幅度远大于墩身截面曲率,可以很好地反映构件的损伤状态;选用墩底截面曲率并结合预应力指标作为性能指标,能较好地表征构件的损伤状态.相关研究结论可为该类型高墩的抗震分析和设计提供借鉴.

榫卯-灌浆套筒混合连接装配式方墩轴压承载力

采用ABAQUS软件,通过合理地挑选材料本构、单元类型,划分网格,建立边界条件,提出一种榫卯-灌浆套筒混合连接装配式方墩的有限元计算模型。该模型模拟了方墩在轴压荷载作用下的受力过程,与试验所得混凝土破坏形态、轴压极限承载力进行对比,分析了内部钢筋、钢管与灌浆套筒的受力状态,验证了所提模型的精度。在此基础上,以钢管混凝土(CFST)突榫中钢管的长度、厚度、直径为变量进行试验,结果表明:所提模型可以较好地模拟榫卯-灌浆套筒混合连接装配式方墩轴压过程,有限元计算得出的极限承载力与试验结果的比值的均值与方差分别为1.036和0.023;增大CFST突榫中钢管的长度、直径可以明显提高榫卯-灌浆套筒连接装配式桥墩的极限承载力,改变CFST突榫中钢管厚度使榫卯-灌浆套筒连接装配式桥墩的极限承载力呈先增大后减小的趋势,但相对于改变钢管的长度、直径来说影响甚微;提出地榫卯-灌浆套筒连接装配式方墩的轴压承载力简化计算公式,其计算结果均略低于试验和有限元参数分析的结果,与试验结果的相对误差均值为9.01%,与有限元计算结果的误差均值为4.05%,误差较小,可用于该类型方墩的轴压承载力计算。

预应力混凝土连续箱梁桥抗侧翻设计关键参数

为研究预应力混凝土连续箱梁桥在超载作用下的抗侧翻设计的关键参数,以某连续箱梁桥为背景,采用MIDAS/Civil建立三种有限元模型(考虑支座布设方式的变化),研究在3倍超载作用下的连续箱梁的抗倾覆能力变化规律。分析结果表明:独柱墩模型的最小支座反力要远小于另外两种模型;随着支座间距的增大,箱梁的横向抗倾覆系数增大,改变支座间距或改变支撑类型可以有效的改善支座的受力情况;小间距双支座模型和独柱墩模型的抗倾覆能力和抗弯能力不匹配,不能发挥梁的抗弯能力,而大间距双支座模型的倾覆超载系数和强度超载系数较为接近;大间距双支座的支座布设方式在偏心超载作用下的抗倾覆能力较强。

新工科下路桥专业实践类课程OBE教学模式研究

新工科背景下如何提升路桥专业实践类课程的教学质量是培养应用型高级专门人才的关键。基于OBE教育理念,提出了实践类课程教学模式的改革方法,并以路桥工程专业的典型实践课程《路桥工程工艺技能训练》为例,探索了基于OBE理念的课程目标、课程内容、教学方法和多维评价体系的确定方法。具体如下:采用反向思维法,对各类目标人群进行走访调研,修订了路桥专业的培养目标,在此基础上融入OBE理念,重新制定了课程目标;以当前行业的技术需求为切入点,提出了实践类课程内容的重构方法;提出了“虚拟仿真”+“现场实验”+“课后展示”的混合式教学方法,实现了虚拟仿真与现场实验的深度融合;以及采用“操作水平”“知识应用”和“创新性”三个维度代替原有的单一维度进行分阶段评价,可大大提高学生的学习积极性。其研究成果可为同类高校路桥专业的实践类课程教学提供参考,推动应用型高校路桥专业的新工科建设。

钢管混凝土双肢格构墩梁桥抗震优化设计

以黄桷湾特大桥为工程背景,选取轴压比、梁墩刚度比、系梁布置形式及柱肢混凝土强度等级为设计参数,应用Midas Civil有限元软件构造了20座三跨对称桥梁计算模型。研究E1地震作用下钢管混凝土双肢格构墩连续梁桥主要控制截面参数地震响应,探讨各设计参数对钢管混凝土双肢格构墩连续梁桥抗震性能的影响规律,并对全桥进行优化验证。研究结果表明:轴压比对地震作用下结构内力和位移有一定影响,建议控制在0.15~0.25;梁墩刚度比对结构的抗震性能影响较大,控制在4.08~10.90时结构的内力分布更加合理;核心混凝土的强度在C40~C50时取值较为合理。