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。

基于MCFT的腐蚀RC矮墩柱数值模拟方法

采用电化学氯腐蚀的方法对5根剪跨比为2的RC矮墩柱进行室内加速腐蚀试验,并对其进行拟静力加载试验。根据试验结果分析了腐蚀损伤和轴压比对RC柱破坏过程、承载能力、变形能力和耗能能力的影响。通过理论推导,建立了基于MCFT(修正压力场理论)的考虑腐蚀损伤的钢筋混凝土剪切行为本构模型,进而提出了考虑弯-剪-滑移耦合效应的数值模拟方法。对比模拟结果和试验结果可知:采用该模拟方法得到的各柱试件的滞回曲线与实际滞回曲线符合较好,骨架曲线特征点及累积耗能值误差较小,表明该研究提出的考虑腐蚀的剪切行为本构及数值模拟方法可以较为准确地反映腐蚀RC矮墩柱的抗震性能,该研究成果可为腐蚀损伤在役RC墩柱的抗震性能评估奠定基础。

分段SFC预制壳壁抗震加固RC墩柱的效能研究

针对国内外强震作用下钢筋混凝土桥梁RC桥墩震损普遍存在的问题,在消化和吸收国内外已有RC墩柱抗震加固成果的基础上,研制开发一种了新型RC墩柱抗震加固措施-RC墩柱塑性铰区域外包分段钢纤维混凝土(Steel Fiber Concrete,SFC)预制壳壁,选取实际桥梁中的RC桥墩为原型,通过加固前后模型RC桥墩伪静力对比试验研究,校验这种新型RC墩柱抗震加固措施的有效性,试验结果表明新型RC墩柱抗震加固措施能在不改变RC桥墩塑性铰位置的前提下实现承载力和耗能能力的提高。此外,选取不同场地条件下的典型地震动,进行实验RC墩柱加固前后的非线性地震时程反应对比分析,进一步验证新型抗震加固措施的加固效能。

形状记忆合金丝约束RC墩柱抗震性能试验研究

为增强RC墩柱在强震作用下的耗能、变形及自修复能力,实现震后桥梁结构功能的快速恢复,该文采用超弹性形状记忆合金(shape memory alloys,简称SMA)丝约束RC墩柱,并通过试验研究水平循环荷载作用下SMA丝约束RC墩柱的抗震性能。试验制作6个SMA丝约束RC墩柱试件和1个普通RC墩柱试件,通过低周往复加载,分析SMA丝配置率和预应力水平对RC墩柱抗震性能的影响,包括破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度和耗能。研究结果表明:相比普通RC墩柱的剪切破坏,SMA丝约束RC墩柱的破坏模式转变为具有一定延性的弯剪破坏或剪弯破坏;随着SMA丝配置率的增大,RC墩柱的抗剪承载力、延性和耗能能力均有所提升,抗震性能得到增强;预应力丝材提供更大的约束力,分担更多的剪力,提高核心混凝土的变形能力,增强RC墩柱的抗震性能。研究成果将为RC墩柱的加固和震后快速恢复提供新思路和试验基础。

盐渍土环境中RC桥墩柱地震损伤试验研究与计算分析

为了研究盐渍土环境中RC桥墩柱的地震损伤,设计制作了10根RC桥墩柱,对其进行了电化学快速锈蚀试验及低周反复加载试验。试验中的主要设计参数为轴压比和锈蚀率。观察和记录了试件的开裂过程及破坏形态,通过实测数据绘制了构件的荷载—位移滞回曲线。在已有基础上提出了锈蚀RC桥墩柱在低周反复荷载作用下的双参数损伤模型,并对其进行了对比分析。试验结果表明:锈蚀率越大,滞回曲线捏缩现象越明显,滞回环面积逐渐减小,峰值荷载和极限位移也逐渐减小,试件耗能能力和延性明显降低,其损伤越来越严重;轴压比越大时,试件极限变形越差,耗能能力越低,其损伤越严重。通过与Mccabe损伤模型及Park-Ang损伤模型进行比较分析,得知该损伤模型更能准确反应构件的实际破坏程度,可为盐渍土环境中RC构件的损伤评估提供参考依据。

基于FENAP平台的RC桥墩非线性滞回性能分析

为精细化模拟钢筋混凝土桥墩的非线性滞回性能,利用自主研发的纤维梁柱单元模拟分析平台FENAP,建立了桥墩试件的精细化计算模型,并对其进行了低周反复荷载试验条件下的非线性滞回分析。模拟过程中考虑了桥墩构件刚度和强度退化等损伤效应、轴力和弯矩的多维耦合效应,以及箍筋对混凝土的约束效应等非线性行为。对比结果显示:利用FENAP平台得到的桥墩滞回特性与试验结果吻合较好,说明FENAP平台可有效模拟钢筋混凝土桥墩构件的复杂非线性行为,且计算效率和求解精度较高。文章进一步比较选用不同钢筋本构模型对分析结果的影响并得出结论,Menegotto-Pinto模型较双线性等向强化模型更好地模拟了试件的刚度退化、强度退化和"捏拢"效应,双线性钢筋本构模型严重高估了构件的刚度和耗能能力。

ECC壳-RC组合墩柱抗震性能及塑性铰形成机制

为提升钢筋混凝土(RC)墩柱的抗震性能并充分利用工程水泥基复合材料(ECC)的力学性能,提出了ECC壳-RC组合墩柱的构造;基于ABAQUS有限元软件建立了现浇ECC壳-RC组合墩柱数值分析模型,并基于既有试验结果验证;进而探究了ECC节段高度、ECC壳厚度、纵筋配筋率、体积配箍率、轴压比等参数对组合墩柱抗震性能的影响规律。在此基础上,探讨了该型组合墩柱塑性铰形成机制。结果表明:相较于RC墩柱,ECC壳-RC组合墩柱的承载能力、延性和耗能能力均有所提高。增加ECC节段高度,组合墩柱的峰值荷载有所增加,ECC节段高度达到1.4h(h为截面高度)后组合墩柱的抗震性能接近全高度ECC墩柱的抗震性能;增加ECC壳厚度及纵筋配筋率可同时提高组合墩柱的峰值荷载及延性,ECC壳厚度达到1/5h后继续增加ECC壳厚度对提升组合墩柱抗震性能效果不明显;增加轴压比可使试件初始刚度和峰值荷载增加,但对延性产生不利影响;减小塑性铰区域的体积配箍率试件延性明显降低,而承载力变化不明显;组合墩柱的塑性铰形成机制受ECC壳-RC组合节段高度影响显著,存在一个组合节段临界高度使该组合柱的塑性铰区不发生转移。

货车撞击双柱式RC桥墩的损伤机理与计算方法

为了明确货车撞击双柱式RC桥墩的损伤机理和破坏模式,为桥墩抗撞设计提供计算方法,利用显式动力分析软件LS-DYNA建立货车撞击双柱式RC桥墩的精细化有限元模型,采用框架墩简化质量模型替代整桥模型,引入三脉冲荷载简化模型作为加载机制,并对有限元模型和数值算法的有效性进行验证。对双柱式RC桥墩进行荷载-结构响应分析,考虑货车车型、车重、车速和桥墩尺寸等因素的影响,获取了桥墩在货车撞击下的受损破坏全过程,揭示了从弯曲裂缝产生、弯剪裂缝发展到剪切破坏的详细演进路径。明确了货车撞击双柱式RC桥墩的损伤机理,桥墩动力响应受到应力波传播和惯性作用双重影响,受撞桥墩截面最大剪力和弯矩出现在撞击荷载达到峰值时刻前后。分析了不同工况下桥墩破坏模式和截面内力响应,将双柱式RC桥墩受撞破坏模式分为弯曲破坏、剪切破坏和完全坍塌3种基本类型。提出了货车撞击双柱式RC桥墩动态抗剪承载力计算方法、桥墩截面动态剪力和动态弯矩的计算方法,结果表明:桥墩动态抗剪承载力与混凝土抗拉强度成正比,并与桥墩截面直径平方成正比。受撞桥墩截面内力计算值与有限元仿真值整体拟合度达到95%以上,所提方法可用于双柱式RC桥墩的抗撞击设计计算。

考虑双向耦合效应的桥墩非线性地震反应分析

研究目的:为了研究钢筋混凝土桥墩在双向地震激励下的动力响应特性,采用自主研发的纤维梁柱单元模拟平台FENAP,对一双向加载下钢筋混凝土桥墩振动台试验进行数值模拟,并与试验结果进行对比。此外还模拟单向地震动加载下桥墩的动力时程响应,与双向加载结果进行比较分析,得到单向与双向加载条件下二者的动力响应差异。研究结论:(1)双向加载下钢筋混凝土桥墩振动台试验数值模拟分析与试验结果对比表明:FENAP平台可有效考虑桥墩的双向弯曲耦合效应,能有效预测墩顶位移时程响应峰值的大小和出现时间,获得较为准确的数值模拟结果;(2)与单向加载下的桥墩的时程响应相比后可得出结论:双向地震下得到的位移响应大于单向,而加速度响应小于单向;(3)对于桥墩构件而言,双向地震的多维耦合作用是不可忽略的,仅进行单向地震响应分析会高估构件的刚度,低估构件的位移响应;(4)本文的研究成果可应用于公路、铁路、城市轨道交通等大跨连续梁桥的抗震设计。

分段SFC预制壳壁抗震加固RC墩柱设计方法与效验

为了提高RC墩柱的抗震性能,对分段钢纤维混凝土(Steel Fiber Concrete,SFC)预制壳壁抗震加固RC墩柱的设计方法及加固效能展开研究。首先研制开发了一种新型RC墩柱抗震加固措施——RC墩柱塑性铰区域外包分段SFC预制壳壁(预制壳壁内设置无黏结钢筋),通过理论推导与分析建立了该新型RC墩柱抗震加固措施的加固设计方法;然后选取实际钢筋混凝土桥梁中的RC墩柱为原型,通过加固前后RC墩柱模型的伪静力试验进行对比研究,依据试验获得的力-位移滞回曲线、骨架曲线对比分析承载力、延性以及耗能能力,校验这种新型RC墩柱抗震加固措施的有效性;并且依据分段SFC预制壳壁抗震加固RC墩柱伪静力试验数据确定的其力-位移骨架曲线,分析探讨该新型RC墩柱抗震加固措施设计方法的合理性。研究结果表明:分段SFC预制壳壁抗震加固措施能在不改变RC墩柱塑性铰位置的前提下,实现承载力、延性和耗能能力的明显提高;根据试验数据验证了所推导的加固墩柱的屈服弯矩及最大弯矩计算公式的有效性,从而在一定程度上例证了分段SFC预制壳壁抗震加固RC墩柱的承载力设计方法。研究结果可应用于分段SFC预制壳壁抗震加固RC墩柱的实际工程中,从而为提高RC桥梁的抗震性能提供可靠的技术支持。

RC桥墩弯剪破坏判别准则与抗震分析的改进模型

为进一步发展考虑非线性剪切效应的钢筋混凝土(RC)桥墩弯剪数值分析模型,分别基于修正的压力场理论(MCFT)和纤维梁柱单元模型计算了76个RC桥墩至极限荷载阶段时的剪切和弯曲变形,并根据两者之间的比值关系提出了桥墩弯曲-弯剪-剪切破坏模式的判别准则。根据桥墩破坏模式的不同,建立了桥墩弯剪数值分析的改进模型,以合理考虑桥墩弯曲与剪切变形间的耦合关系,并将模拟得到的桥墩滞回曲线与试验结果进行了对比。结果表明:桥墩剪切与弯曲变形的比值0.2和1.5可分别作为弯曲-弯剪-剪切破坏模式的判别标准,改进模型模拟得到的剪切及弯剪破坏RC桥墩滞回曲线与试验结果吻合良好。

船舶撞击双柱式桥墩破坏模式分析

为了研究双柱式桥墩在船舶碰撞作用下的损伤破坏机理,对冲击作用下钢筋混凝土结构的材料本构、黏结模拟方法进行了分析。采用可以考虑开裂的混凝土连续光滑本构模型模拟墩柱混凝土材料,采用考虑应变速率的随动塑性强化模型模拟墩柱纵筋及箍筋;基于显式动力有限元软件LS-DYNA,在考虑双柱式桥墩纵筋配筋率变化及是否存在桩土相互作用的情况下,对驳船撞击双柱式桥墩进行动力仿真分析。研究结果表明:在船舶撞击作用下,混凝土双柱式桥墩的破坏过程可分为4个阶段:初始接触碰撞阶段、撞击墩破坏阶段、非撞击墩破坏阶段、系梁与墩柱连接破坏阶段;结构在碰撞接触区域发生了局部剥落损伤,同时在碰撞侧桥墩、非碰撞侧桥墩以及系梁连接处均发生开裂破坏,船艏经历了2次加载-卸载历程,船舶动能的76%转化为船艏及结构的内能;双柱式桥墩纵筋配筋率对结构的破坏模式影响明显,随着配筋率提高,桥墩墩柱逐渐由弯曲破坏转变为只出现少量横向裂缝;在配筋率为2%时,墩柱基本不发生弯曲破坏,而碰撞侧墩柱与系梁连接处属于双柱式桥墩薄弱构造环节,在不同配筋率情况下均发生破坏;桩土相互作用对桥墩的破坏模式影响显著,在计算分析时应予以考虑,在墩底固结情况下,桥墩主要发生剪切破坏。