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.

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。

BFRP模壳不排水加固RC墩柱恢复力模型

为研究玄武岩纤维增强聚合物(basalt fiber reinforced polymer, BFRP)模壳不排水加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)墩柱抗震恢复力模型,在拟静力试验基础上,采用OpenSees有限元软件对模壳加固墩柱进行数值分析,主要研究参数为填充层混凝土强度、模壳厚度、加固高度、轴压比。研究表明:填充层混凝土强度等级越高,墩柱抗震性能有所增强,但C40以上的填充层混凝土强度等级墩柱的抗震性能较为接近;模壳加固厚度较大墩柱的抗震性能优于厚度较小墩柱;当模壳加固高度较高时,墩柱的抗震性能较好,当加固高度大于2~3倍原墩柱塑性铰高度时,抗震性能提升效果趋于稳定;轴压比越大,墩柱的刚度退化较快,不利延性发展。后通过数据回归分析,建立了BFRP模壳加固RC墩柱恢复力模型,对比可知,恢复力模型与试验曲线拟合较好,能有效反映加固墩柱的滞回性能,可为此类结构的抗震性能分析提供参考。

榫卯-灌浆套筒混合连接装配式方墩轴压性能研究

已有研究表明,榫卯-灌浆套筒混合连接装配式方墩(简称混合连接拼装桥墩)的抗震性能接近于整体现浇桥墩。为进一步探讨混合连接拼装桥墩的轴压性能,以钢管的长度、直径以及壁厚等为变化参数,进行1个整体现浇桥墩(编号ZT)和4个混合连接拼装桥墩(编号GTA-0~GTD-0)的轴压承载力试验,结果表明,GTA-0~GTD-0试件的承载力比ZT试件提高了10.1%~14.4%,其延性系数均大于ZT试件;GTA-0~GTD-0试件的轴压承载力随钢管直径和长度的增大而增大,而钢管壁厚对于试件承载力的影响较小;拼装桥墩的破坏位置随着钢管长度的增加而上移,逐渐接近于整体现浇桥墩,但二者的破坏模式基本相同。

UHPC预制拼装综合管廊的抗弯性能试验

针对预制拼装钢筋混凝土(RC)管廊自重大和吊装难的问题,通过试设计超高性能混凝土(UHPC)预制拼装管廊主体构造,并进行1∶2模型的静力试验;得到UHPC综合管廊的顶底板和侧墙在不同荷载作用下的破坏形态、荷载-变形关系、钢筋和混凝土应变,并对整体受力机制、破坏模式和极限承载力进行分析.结果表明,UHPC管廊重量可减少30%,破坏模式与RC管廊基本一致,均为弯曲破坏,但UHPC管廊的开裂荷载和变形能力明显提高.在实测数据的基础上,通过简化拉压区应力分布图形,建立UHPC综合管廊抗弯极限承载力的计算方法,得到的计算值与实测值吻合良好,误差在10%左右.提出的计算公式可为UHPC综合管廊的设计计算提供参考.

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.

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。

预应力灌浆波纹管预制拼装桥墩抗震性能分析

为研究预应力灌浆波纹管节段拼装桥墩的抗震性能,在灌浆波纹管节段拼装桥墩拟静力试验的基础上,采用纤维梁柱单元建立预应力灌浆波纹管节段拼装桥墩的计算模型,对预应力筋布置位置、预应力筋配筋率和预应力筋初始应力等的影响进行了参数分析,以得到抗震性能更优的预应力灌浆波纹管预制拼装桥墩,并根据对残余变形的计算方法进行了分析。研究发现,预应力筋初始拉应力使得墩柱截面轴压比为10%~15%,预应力筋配筋率为0.30%~0.60%左右时,峰值抗力和极限承载能力有较大提高,残余位移相对较小,累计能量耗散较大。预应力灌浆波纹管预制拼装桥墩能提供更好的自复位能力,震后残余位移较小,各项性能参数总体上要好于非预应力灌浆波纹管预制拼装桥墩。根据日本规范提出预应力灌浆波纹管预制拼装桥墩残余位移的计算公式可以为工程实践提供参考。

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。

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。

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。

灌浆拉索索力的试验研究

为研究索长、边界条件和附加质量等对灌浆拉索索力计算的影响规律,以灌浆吊杆和体外索等为工程背景,采用?15.2高强度钢绞线模拟拉索,开展24个裸索、24个外套PVC管拉索以及24个灌浆拉索模型的索力试验,并推导带均布附加质量的拉索索力计算公式;分析边界条件、灌浆附加质量以及拉索长度等参数对索力的影响规律,比较计算公式的误差和适用性。结果表明:试验拉索索力计算中,边界条件可以假定为铰接,需要考虑外套套管和灌浆等附加质量的影响;灌浆拉索索力计算误差大都在15.0%以内且随附加质量线密度的增加而逐渐增大。研究结果可以为灌浆拉索索力计算提供依据。

基于小波包总能量变化率的体外拉索损伤识别方法

针对体外预应力拉索的损伤识别问题,建立基于小波包能量谱的拉索损伤识别指标,传统的频域计算分析方法很难对拉索的这类损伤进行有效的识别,需要从时频域进行分析.首先,设计针对体外索结构的拉索损伤识别实验,得到不同损伤程度、不同索力和不同索长的拉索动力响应信号,并得到频率、时域和能量域的特点;其次,从小波包分解的能量域展开分析,建立小波包总能量变化率指标RES;最后,建立基于RES的拉索损伤识别流程,并进行实桥损伤识别.结果表明,提出的损伤指标对损伤程度有较强的敏感性,能够有效地识别出体外索损伤,能够应用于体外预应力加固桥梁结构的长期监测中.

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。

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。

预制拼装综合管廊接头构造分析与优化

通过与现浇施工工法的综合管廊进行对比分析,确定了预制拼装综合管廊所具有的优势及发展前景。按照刚性、半刚性和柔性3种形式对预制拼装综合管廊结构的接头构造进行总结,阐述了不同类型连接接头的适用特点与局限性。针对目前接头存在的问题,对纵向接头半刚性和预制节段材料轻型化等提出了优化措施,对预制拼装综合管廊接头构造优化提出了建议,可为预制拼装综合管廊的工程应用提供参考。

基于整体模型的预制拼装综合管廊节段接头抗弯性能分析

城市地下综合管廊纵向接头对于管廊整体稳定与正常使用有着重要影响,近年来随着我国基础设施建设的不断完善与加强,综合管廊的结构与形式随之更新发展,其中以预制拼装综合管廊为主。为分析该类管廊接头的抗弯性能以及接头变形情况,以平潭某综合管廊工程为背景,采用ABAQUS软件并通过三维有限元法对预制预应力综合管廊的接头受力情况进行分析,研究管廊接头在竖向荷载作用下的破坏过程,通过对预应力钢筋与普通钢筋的应变、接头变形情况、荷载与挠度的变化关系以及接头抗弯刚度等方面的分析,分析结果可以作为管廊的设计与实际应用的参考。

预制拼装综合管廊接头有限元计算方法研究

城市地下综合管廊作为城市的生命线保障城市正常运行,近年来随着施工技术与施工工艺的提高,综合管廊的结构形式已有新的发展与变化,其中以预制拼装综合管廊为主。根据木桶效应可知,预制拼装综合管廊接头的受力性能是管廊整体性能的关键,接头的受力与变形将影响到结构整体稳定性与管廊渗漏水的情况等。为研究预制预应力接头在荷载作用下的变化规律,以数值模拟为研究方法对某预制预应力综合管廊接头的受力情况进行分析,分别对该接头的破坏过程、普通钢筋及预应力筋变化情况、接头抗弯刚度、接头截面变形情况进行研究,并与足尺试验结果进行对比,两者基本吻合。进一步验证了该有限元计算方法的可行性,并为预制预应力综合管廊的接头受力性能研究提供依据。

基于全寿命成本分析的UHPC管廊优化设计

文章以某试验区综合管廊为背景,试设计UHPC管廊,并分析壁厚,提出带加劲肋的UHPC管廊优化构造并进行全寿命成本分析。结果表明,优化后的UHPC管廊结构最大应力由4.6 MPa提升到64.7 MPa,充分发挥了UHPC抗压强度高的特点;优化后UHPC预制拼装综合管廊全寿命成本仅为原型结构的63%,建设工期约为原型普通混凝土综合管廊的48%左右。