塑性铰区ECC-CFST组合截面桥墩抗震性能数值分析

通过使用OpenSees有限元软件建立模型,对桥梁工程中既有的钢筋混凝土(Reinforced Concrete)桥墩体系作出改善,研究在塑性铰区使用ECC-CFST组合截面的抗震性能,探究一个合理的管径尺寸使其能够达到良好的抗震性能。研究结果表明:以方形墩身截面边长的1/3~1/2为标准选取的钢管埋入至桥墩的塑性铰区,改进后的RC桥墩体系中各个材料组成部分能够达到较为良好的抗震效果,钢管混凝土能够保持在弹性或者小变形范围内,钢管外侧的ECC也能充分利用其材料性能,实现良好的桥墩抗震韧性效果。

基于弥散裂缝理念的墩柱塑性铰区抗剪强度模型

为避免强震作用下钢筋混凝土墩柱发生弯剪破坏,需准确量化墩柱塑性铰区抗剪强度。然而,现行规范和既有文献的抗剪模型普遍假定斜截面箍筋初始全部屈服、箍筋抗剪贡献随配箍率线性增大并与混凝土抗剪贡献直接相加,且对纵筋抗剪贡献重视不够,与实际弯剪损伤演化和试验规律不符。为此,借助弥散裂缝理念将钢筋混凝土视作一种新型均质材料,基于莫尔应力圆推导一种符合弯剪损伤演化且考虑混凝土、箍筋、轴力、纵筋、剪跨比及位移延性系数等因素的抗剪强度模型,并通过139个矩形墩柱试验数据进行标定和验证。结果表明:Eurocode 8模型过高估计了墩柱抗剪强度,Caltrans模型抗剪计算结果略微保守,而《公路桥梁抗震设计规范》(JTG/T 2231-01-2020)模型的抗剪计算值与试验值较接近;相比规范模型,建议抗剪强度模型具有更高的计算精度和更小的离散性,抗剪强度折减系数取0.85时的安全保证率达85%,可用于矩形墩柱塑性铰区的抗剪能力评估。

塑性铰区ECC-钢管混凝土组合截面柱抗震性能研究

为研究塑性铰区ECC-钢管混凝土组合截面柱的抗震性能,完成了2根ECC-钢管混凝土组合截面柱和1根普通钢筋混凝土柱对比的低周反复水平荷载试验,并对试验结果得到的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、残余位移、耗能能力等抗震性能指标进行量化分析。试验结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,塑性铰区ECC-钢管混凝土组合截面柱的承载力、刚度及耗能能力均有较大程度提高,残余位移也得到有效控制,ECC材料能够与钢管及钢管内部填充材料协同工作和共同变形。

延性桥墩塑性铰区最低约束箍筋用量

依据 3次不同试验的研究成果和非线性回归分析 ,建立了计算延性桥墩塑性铰区范围最低约束箍筋用量的计算公式 ,并与公路工程抗震设计规范 (JTJ 0 0 4 - 89)有关规定和国外规范计算公式进行了比较。本文所建立的计算公式 。

混凝土框架柱塑性铰区域剪切破坏形态的试验研究

允许钢筋混凝土框架柱端出现塑性铰但又不形成柱铰破坏机构是一个十分现实而又未得以很好解决的课题。通过10个钢筋混凝土框架柱构件抗震剪切抗力的试验研究,详细研究了塑性铰区的主要破坏形态、主要破坏特征及其发生条件,讨论了构件塑性铰区主要破坏形态的分类标准,为混凝土框架柱的抗震延性设计提供了试验依据。

高强钢筋高强混凝土桥墩等效塑性铰区长度分析

钢筋与混凝土材料的高强化是工程结构发展的重要方向,为研究配置高强钢筋的高强混凝土桥墩等效塑性铰区长度,整理了37根高强钢筋高强混凝土桥墩试验数据,与Priestley、Paulay、Telemachos及我国《公路桥梁抗震设计细则》建议的塑性铰区长度计算公式进行了对比分析,并通过灰色关联方法分析了影响高强钢筋高强混凝土桥墩等效塑性铰区长度的主要因素。研究表明:与试验结果相比,各公式计算值离散性较大,Paulay公式、Telemachos公式偏于不安全,Priestley公式和我国JTG/TB 02—01—2008《公路桥梁抗震设计细则》建议公式偏于保守;在高强钢筋高强混凝土桥墩等效塑性铰长度的各影响因素中,纵筋直径影响最大,其次是试件高度和截面宽度,试件轴压比和力学含箍率影响最小,高强钢筋高强混凝土桥墩等效塑性铰区长度的主要影响因素基本符合目前的认识水平。

混凝土墩柱塑性铰区箍筋设计用量试验研究

建立塑性铰区箍筋用量与墩柱抗震性能目标的定量关系,通过延性指标计算箍筋设计用量,是当前延性抗震构造设计的重要研究内容。大批学者给出众多箍筋用量的计算公式,但其中大部分无法给出任意延性系数对应的设计配箍率,少量可定量公式的适用性和准确性有待提高。为此,基于课题组21个桥墩试验结果、PEER数据库中135个墩柱试件及相关学者的18个墩柱试件,在大量试验数据的基础上,分析实心及空心墩延性性能的主要影响因素,以轴压比、剪跨比、纵筋及混凝土强度、配筋率及位移延性系数等为参数,回归得到不同类墩柱塑性铰区约束箍筋用量的简化算式。关于试验墩柱的计算结果表明,回归公式比既有公式更适用于估算各类墩柱约束箍筋的设计用量。

FRP-混凝土-钢双壁空心管柱塑性铰区弯矩-转角恢复力模型

采用Clough双线性恢复力模型作为双壁空心管柱塑性铰区弯矩-转角关系恢复力模型。推导了骨架线上两个控制点即屈服点和极限点的弯矩、转角计算式。基于建立的弯矩-转角恢复力模型,计算了9个双壁空心管柱试件截面的屈服弯矩和极限弯矩以及水平力加载位置的屈服水平位移、极限水平位移和水平力-位移滞回曲线,计算结果与试验结果符合较好。

混凝土框架柱塑性铰区抗剪性能非线性有限元分析

为保证框架柱端塑性铰达到预期的塑性转动之前,柱端塑性铰区不出现剪切破坏,结合框架柱塑性铰区抗剪承载力的试验研究,利用ANSYS对10个框架柱构件塑性铰区的抗剪性能进行了非线性有限元分析;有限元模型中混凝土采用SOLID65单元,钢筋采用LINK8单元,分离式建模,施加约束时将试验构件上梁上端表面的所有节点在竖直方向耦合,以保证塑性铰出现在柱端;计算了10个构件的骨架曲线,框架柱塑性铰区弹性工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段的应力云图和破坏时的裂缝分布图,将以上计算结果与试验结果进行了对比,数值计算结果和试验结果符合良好,验证了有限元模型建立的准确性,所建模型可为今后同类问题的非线性有限元计算提供参考。

HRB500钢筋混凝土框架柱塑性铰区破坏形态的试验研究

为研究HRB500钢筋混凝土框架柱塑性铰区的抗震性能,采用仿建研式加载。通过试验,分析了3种典型破坏形态的根本原因与区别。试验表明,HRB500钢筋作为框架柱的箍筋时,能够充分发挥其高强特性,有利于提高施工质量。经分析可知,只要配筋合理,柱端形成塑性铰后,滞回环才能较为丰满,耗能能力较强,刚度退化平缓,具有稳定的承载能力及变形性能,抗震性能及延性均较好。

塑性铰区采用高延性混凝土梁变形性能研究

为提高钢筋混凝土(RC)梁的变形能力,考虑在其塑性铰区采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土。共设计6个剪跨比为3.6的RC梁试件,包含5个塑性铰区采用HDC的试件和1个RC对比试件。考虑HDC区长度、纵筋配筋率以及配筋方式和梁端配箍率的影响,研究试件在低周反复荷载下的滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明:与RC梁相比,塑性铰区采用HDC后,试件的破坏形态由弯剪破坏向弯曲破坏转变,延性和耗能能力均得到显著提高;纵筋配筋率、配筋方式相同时,在梁端塑性铰区采用HDC,试件的位移延性系数和极限位移角分别提高30%和53%,而同时采用HDC和箍筋时分别相应提高33%和76%;梁端局部采用HDC替换混凝土可减少箍筋用量;梁端塑性铰区的HDC长度对试件延性的影响较小。分别计算塑性铰区采用HDC梁在开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载、极限荷载时的顶点位移,其计算值与试验值吻合较好。

混凝土空心墩塑性铰区抗剪计算模型比较分析

准确评估空心墩塑性铰区的抗剪能力是高墩大跨桥梁抗震设计的重要内容.目前国内外规范中并未明确给出空心墩的抗剪计算模型,规范中已有的实心墩抗剪公式能否直接应用、其它文献中实心墩或空心墩抗剪强度计算方法的适用性等均有待深入研究.为此,基于25个发生剪切或弯剪破坏的空心墩试验数据,分析塑性铰区抗剪能力的影响因素,并将抗剪强度试验值与已有15个抗剪公式计算结果进行比较.结果表明:混凝土空心墩抗剪能力随混凝土强度、配箍率和轴压比的增加而提高,一定范围内随位移延性系数和剪跨比的增加而降低,纵向配筋率的影响不显著;Aschheim、Caltrans、Sezen和Shin公式的计算值与试验结果误差不超过5%,其中Sezen模型计算效果最佳,可用于评估空心墩塑性铰区抗剪能力;NZS3101、JRA、JTG/TB 02-01—2008、Eurocode 8和ACI-318等规范公式计算结果略显保守,可作为空心墩抗剪设计的依据;其余公式过高估算了抗剪强度,不适于混凝土空心墩塑性铰区的抗剪设计.

不同延性条件下框架柱塑性铰区箍筋抗剪能力试验研究

允许钢筋混凝土框架柱端出现塑性铰但又不形成柱铰破坏机构是一个十分现实而又未得以很好解决的课题。通过10个钢筋混凝土框架柱构件抗震剪切抗力的试验研究,明确了加载全过程框架柱构件中箍筋与混凝土的抗剪贡献及比例,分析了框架柱塑性铰区抗剪机理,为框架柱基于延性的抗震设计提供了试验依据。

塑性铰区采用SFRC的高架桥墩抗震性能

为了改善高架桥墩的抗震性能,提出了在其潜在塑性铰区采用钢纤维增强钢筋混凝土(SFRC)进行增强的方法。对普通混凝土(NC)和钢纤维混凝土(SFC)棱柱体试块进行轴压试验,获得2种混凝土的本构关系曲线。基于结构分析软件建立全墩身采用普通钢筋混凝土(RC)和桥墩塑性铰区采用SFRC的高架桥分析模型,分析不同桥墩关键部位的地震需求。利用UCFyber程序建立桥墩截面纤维单元模型,计算桥墩抗弯能力。对比分析全墩身采用RC和桥墩塑性铰区采用SFRC的高架桥墩的抗弯能力需求比。结果表明:SFC的强度和变形能力较NC更具优势;在纵桥向地震动输入下,塑性铰区采用SFRC的桥墩比RC桥墩具有更强的塑性变形和地震耗能能力;塑性铰区采用SFRC的桥墩抗弯能力需求比平均比RC桥墩增大25.5%,具有更好的抗震安全性。

塑性铰区纵向配筋率变化对重力式桥墩抗震性能的影响

针对弯曲破坏型桥墩在地震中仅在墩底塑性铰区内发生严重破坏的情况,提出一种纵向钢筋的布置方法,即仅在墩身底部(2倍塑性铰长度)增加纵向钢筋的数量,其余墩身部位钢筋数量保持不变。设计了5个桥墩,运用ANSYS软件分析了墩身底部配筋率的变化对桥墩抗震性能的影响。研究结果表明:仅提高墩身底部配筋率,可以提高桥墩的承载能力,增强桥墩的耗能能力,增大桥墩的位移延性;与传统相同配筋率的桥墩相比,滞回曲线“捏缩”较为严重;提高低配筋率桥墩底部配筋率,桥墩的抗震性能基本可以达到全截面高配筋率桥墩的抗震性能。

钢筋混凝土墩塑性铰区抗剪强度模型

鉴于现行规范仅有实心墩抗剪模型,尚未给出空心墩的抗剪公式,且既有模型对斜截面钢筋变形协调性及纵筋拉伸漂移关注不够,亟需发展更适用于两类桥墩塑性铰区的抗剪强度模型。为此,在探讨墩柱斜截面传力机制的基础上,基于桁架模型中斜裂缝上钢筋应变满足变形协调条件的假定,提出考虑斜截面箍筋非一致变形及纵筋拉伸漂移效应的塑性铰区抗剪强度模型,并结合PEER及文献中88个弯剪破坏墩柱的试验结果对模型参数进行标定。通过另外57组试验数据的对比分析表明,与既有模型相比,所提抗剪模型计算精度更高、离散性更小,适用于预测桥墩塑性铰区的抗剪能力;对应规范的强度折减系数,所提模型设计结果具有较高的安全储备,可用于空心墩和实心墩的抗剪强度设计。

钢筋混凝土框架柱塑性铰区的抗震剪切抗力──各国规范的比较

运用能力设计法进行钢筋混凝土框架结构的抗震设计时。允许框架柱端部出现塑性铰，但又不能形成框架柱铰破坏机构，这是一个十分现实而又未得到很好解决的课题。本文通过详细比较国外先进规范关于钢筋混凝土框架柱抗震剪切抗力的的计算公式，明确了《砼结构设计规范》（ＧＢＪ１０－８９）与国外规范的抗力取值水平及该领域的国际发展方向，并针对ＧＢＪ１０－８９存在的主要问题，提出了相应的框架柱抗震延性设计的实用建议公式。

塑性铰区设置橡胶层的RC柱抗震性能参数化分析

针对塑性铰区置入橡胶层的一种新型RC柱,利用有限元分析软件ABAQUS建立其精细化有限元模型,对其在水平往复荷载作用下的滞回性能进行数值模拟。通过与试验结果对比,验证数值模拟方法的有效性。基于验证后的有限元分析方法,进一步研究纵筋配筋率、纵筋屈服强度、混凝土强度、橡胶硬度及轴压比等参数对该新型RC柱抗震性能的影响规律。研究结果表明:塑性铰区置入橡胶层能够改善RC柱的抗震性能,提高其变形能力与延性,减轻损伤;纵筋配筋率、纵筋屈服强度及轴压比是影响构件抗震性能的关键参数,混凝土强度与橡胶硬度的影响较小。

塑性铰区开洞梁的受力性能与工程应用

为解决设备管道在框架梁塑性铰区的穿洞难题,本文以某实际工程为背景,对设置斜腋、密箍、斜筋、钢套管等加强措施的塑性铰区开洞梁的力学性能进行研究。通过建立精细化有限元模型,对不同加强措施下开洞梁的受弯、受剪性能和破坏机理开展了参数化研究。研究表明,本文建议的构造措施可以有效改善塑性铰区开洞梁的受力性能,并使其满足工程应用需求。该研究拓宽了开洞梁的应用范围,有效降低了结构层高,有利于提升建筑空间品质、降低工程成本。