采用钢管榫卯节点连接的节段预制拼装桥墩抗震性能研究

为分析钢管榫卯节点连接构造对节段预制拼装桥墩抗震性能的影响,以福建省某互通立交桥匝道桥为背景进行研究。首先进行钢管榫卯节点连接的足尺节段预制拼装桥墩试设计,采用MIDAS Civil软件建立实桥模型,对试设计的足尺节段预制拼装桥墩开展静力承载力验算;然后按1∶3.75比例缩尺,设计、制作1根整体现浇桥墩(RC)试件和1根钢管榫卯节点连接的节段预制拼装桥墩(PSBP-MTJ)试件,开展拟静力试验;最后对比分析两试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线与延性、累积滞回耗能、刚度退化与残余位移。结果表明:两试件的破坏模式类似,均为整体压弯型破坏,PSBP-MTJ试件塑性铰区因墩底灌浆套筒的存在而上移;两试件滞回曲线饱满无捏缩,耗能能力相当;PSBP-MTJ试件水平承载能力较RC试件提高约19%;PSBP-MTJ试件的拼装节段之间无剪切滑移出现,预应力筋延缓了其刚度退化,显著提高了其自复位性能,其残余位移仅为RC试件的67%,且残余位移与最大位移比值显著小于未采用无粘结预应力筋连接试件。

新型预制节段拼装桥墩抗震性能及塑性铰区变形分析

为探究采用两种不同连接方式(Fiber Reinforced Concrete(FRC)+锥套锁紧纵筋和Ultra-High Performance Concrete(UHPC)+纵筋错位搭接)预制节段拼装桥墩塑性铰性能,设计并制作了4组大比例缩尺(1∶2.5)桥墩。通过拟静力试验,采用数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术得到应变场和位移场,利用应变场和位移场捕捉并计算4个桥墩试件塑性铰区的裂缝发展趋势和宽度。结果表明:在大比例尺试件上,采用DIC技术测量位移具有较高的可靠性。4个桥墩试件加载至中高水平荷载时塑性铰区位移呈现非线性变化,具有明显的塑性位移发展趋势;两种连接方式接缝处裂缝宽度约为其他部位的2~8倍,表明接缝处为预制节段拼装桥墩变形的主要集中区域。

偏心作用下预制拼装桥墩-盖梁体系抗震性能研究

目的 研究不同盖梁节段和盖梁-桥墩连接方式对预制拼装双柱墩偏心作用下的抗震性能的影响。方法 采用有限元软件ABAQUS建立7组预制拼装双柱墩,对其进行偏心作用下拟静力模拟研究,改变桥墩的盖梁节段连接和盖梁-桥墩连接方式,对比分析拼装桥墩和现浇桥墩的滞回曲线、骨架曲线、破坏形态、耗能性能和延性,研究不同盖梁节段连接和盖梁-桥墩连接方式的桥墩抗震性能。结果 盖梁节段键齿连接桥墩,采用灌浆套筒和预应力连接的承载能力与现浇桥墩相比均有小幅度提高,提高幅度在10%以内,抗震性能参数几乎一致。结论 盖梁斜键齿连接,盖梁-桥墩灌浆套筒和盖梁-桥墩预应力连接的预制拼装桥墩与现浇桥墩性能基本一致,同样具有良好抗震性能和整体性,满足抗震要求。

承插式连接预制拼装桥墩抗震性能试验研究

为研究不同连接构造、轴压比和承插深度对承插式连接预制拼装桥墩(简称“承插式桥墩”)抗震性能的影响,制作1组现浇桥墩试件和3组承插式桥墩试件开展拟静力试验。对比试件破坏模式、滞回曲线、骨架曲线及特征值、耗能能力、刚度特性和残余位移、纵筋应变,分析承插式桥墩与现浇桥墩抗震性能差异以及增设钢榫进行结构优化后桥墩抗震性能改善效果。结果表明:承插式桥墩与现浇桥墩试件破坏模式、损伤范围、承载能力、耗能能力、残余位移和钢筋应变沿梁高分布相近;提高承插式桥墩轴压比,能提高桥墩承载能力,降低延性和累积耗能能力,破坏时残余位移远小于其它构件,具有可靠的自复位能力;提高承插深度,会增大桥墩承载能力和耗能能力;墩底增设钢榫能增强承插式桥墩与承台间的连接,承载能力、延性、耗能能力等与承插式和现浇桥墩保持一致,但各加载位移下的累积耗能较高,有助于提高承插式桥墩的耗能能力,具有良好的抗震性能。

底部填芯预制节段拼装桥墩抗震性能数值仿真分析

为促进预制节段拼装桥墩在山区复杂环境及强震地区的应用,提出了一种底部填芯的预制节段拼装桥墩,采用ABAQUS有限元模型讨论了填芯段高度、初始张拉力和耗能钢筋配筋率等关键参数对底部填芯预制节段拼装桥墩抗震性能的影响规律。研究结果表明:随着填芯段高度的增大,底部填芯预制节段拼装桥墩的承载能力和耗能能力显著提高,但残余位移和填芯段上部接缝开口宽度也增大;随着初始张拉力的增大,底部填芯预制节段拼装桥墩承载能力和耗能能力略有提高,残余位移和墩底混凝土损伤程度基本不变;随着耗能钢筋配筋率的增大,底部填芯预制节段拼装桥墩承载能力和耗能能力提高,但填芯段上部接缝开口宽度增大。研究结果可为底部填芯预制节段拼装桥墩合理构造提供参考,促进预制拼装桥墩在山区复杂环境和强震地区的应用。

预制拼装桥墩滞回分析模型和损伤评估研究

为了研究预应力预制拼装桥墩的抗震性能与地震损伤特性,利用Bouc-Wen-Baber-Noori模型对已开展的预制拼装桥墩拟静力试验进行模拟,通过Matlab中的Simulink模块编制计算程序,根据试验结果确定滞回模型的关键参数,然后利用Park-Ang和改进Park-Ang损伤模型对桥墩损伤进行评估。结果表明:Matlab计算结果与试验结果吻合较好,桥墩损伤评估结果可靠,滞回模型和损伤分析模型可应用于预制拼装桥墩的抗震计算和评估。

新型三柱式预制拼装桥墩抗震性能研究

针对传统三柱式预制拼装桥墩(等同现浇)自复位能力不足的情况,提出一种中墩节点采用灌浆波纹管与承台连接(等同现浇)、两边墩节点采用预应力筋与承台连接(可摇摆)的新型三柱式预制拼装桥墩(预制墩)构造。该新型桥墩的中墩灌浆波纹管连接构造在控制地震作用下结构变形的同时可耗散地震能量;边墩预应力连接构造可提供摇摆能力,从而减小桥墩残余变形、提升桥墩自复位能力,对能量耗散起辅助作用。分别建立设置、不设置耗能钢筋的新型三柱式预制墩及传统三柱式预制墩有限元模型进行抗震计算,对比分析滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、残余位移、破坏现象等关键抗震性能。结果表明:与传统三柱式预制墩相比,不设置耗能钢筋的新型三柱式预制墩的延性较好,但耗能能力较差,残余位移小;设置耗能钢筋的新型三柱式预制墩的延性好,耗能能力与传统三柱式预制墩基本相当,残余位移较小,抗震性能更优。

外置新型粘弹性阻尼器节段拼装桥墩抗震性能研究

为了使节段拼装桥墩可以满足在地震条件下快速修复的新要求,促进其在中高烈度地震区的推广使用,提出了一种外置于桥墩底部的新型粘弹性阻尼器用以提高桥墩的耗能能力。本文介绍了新型粘弹性阻尼器的内部结构及安装方式,并基于OpenSees有限元分析软件建立带有阻尼器的节段拼装桥墩模型,与带有接缝的节段拼装桥墩模型进行滞回对比分析。分析结果显示:外置粘弹性阻尼器能够实现震后可修复,与未安装阻尼器的节段拼装桥墩相比,粘弹性阻尼器附加给了桥墩刚度和阻尼,既提高了桥墩的承载能力,又最大限度地提高了桥墩的耗能能力。

不同剪力键类型对预制拼装桥墩抗震性能的影响研究

为了研究不同剪力键类型对预制拼装桥墩力学性能的影响,通过有限元分析软件ABAQUS以及相关数值模拟方法,分别建立无剪力键预制拼装桥墩、混凝土剪力键预制拼装桥墩以及钢剪力键预制拼装桥墩3种混凝土桥墩模型。对不同模型采用单调循环加载方式进行拟静力分析,研究结果表明:钢剪力键的预制拼装桥墩结构的耗能性能以及滞回曲线饱满程度,明显优于混凝土剪力键预制拼装桥墩和无剪力键预制拼装桥墩,但其结构的自复位能力,介于无剪力键预制拼装桥墩和混凝土剪力键预制拼装桥墩之间。

考虑自复位影响的预应力节段拼装桥墩地震损伤模型

预应力节段拼装桥墩在地震作用下具有良好的自复位能力,而既有的损伤模型无法准确评估预应力节段桥墩的地震损伤。鉴于此,有必要研究预应力节段拼装桥墩的地震损伤模型。从预应力节段桥墩的自复位特点和损伤机理出发,对自复位性能表征方法进行简化,提出采用自复位修正因子来对桥墩在地震作用下的累积耗能进行修正,从而获得考虑桥墩自复位性能的地震损伤评估模型。在此基础上,划分预应力节段拼装桥墩的损伤状态,最后验证该地震损伤模型及损伤分级方法的适用性。结果表明:预应力节段桥墩的自复位性能与耗能损伤之间呈现明显的相关性,考虑桥墩自复位的地震损伤模型和分级方法适用于不同的预应力节段拼装桥墩,为定量评估预应力节段拼装桥墩在地震作用下的损伤程度打下基础。

爆炸冲击作用下节段拼装桥墩反射超压分布规律分析

分析桥墩在爆炸冲击作用下的反射超压是研究其动态响应的基础。采用ANSYS/LS-DYNA建立节段拼装桥墩受爆的三维实体分离式模型,并通过既有试验来验证建模方法的可靠性。以桥墩结构形式、节段数目、爆炸比例距离及爆心高度等为设计变量,分析其对节段拼装桥墩冲击波反射超压分布规律的影响。研究结果表明:爆炸冲击作用下节段拼装桥墩的反射超压分布规律与整体现浇桥墩有显著差别;在桥墩节段数目及爆心高度不变的情况下,桥墩反射超压随比例距离的减小而增大;当爆炸高度接近桥墩接缝时,接缝位置处会产生相当大的反射超压;基于分析数据,拟合得到不同比例距离爆炸作用下节段拼装桥墩和整体式桥墩反射超压分布的简化计算公式,可为研究桥墩受爆的动态响应及其抗爆设计提供参考。

预留灌浆孔连接的预制拼装桥墩恢复力模型

文中以预留灌浆孔连接的预制拼装桥墩抗震性能为研究对象,设计制备了5根连接部位在墩柱内的预留灌浆孔预制拼装桥墩,开展拟静力试验,研究了锚固长度分别为180和252 mm对抗震性能的影响规律.结果表明:252 mm锚固长度预制拼装桥墩抗震性能与现浇桥墩基本一致,滞回曲线饱满,具有很好的延性.根据试验数据提出了考虑钢筋锚固长度的三折线恢复力模型,模型的理论计算值与试验值吻合较好,验证了模型的有效性.

套筒连接预制拼装桥墩直剪性能试验研究

为探究套筒连接预制拼装桥墩的直剪性能和影响因素,对拼接面增设剪力键、不同套筒位置的预制拼装桥墩试件进行直剪试验。分析不同拼接缝构造桥墩的损伤发展、破坏模式,探讨预制拼装桥墩的抗剪机理并将实测值与既有抗剪公式计算结果进行比较。结果表明:矮桥墩直剪试验有2种破坏模式,即以斜裂缝开展为主的破坏和以拼接缝滑移为主的破坏;套筒设置在桥墩底部会改变桥墩的破坏模式,使得试件破坏以拼接缝滑移为主;GB50010―2010中的抗剪公式可以较合理地预测套筒连接预制拼装桥墩的抗剪强度。

预制混凝土节段拼装桥墩抗车撞性能数值研究

预制节段拼装桥墩存在施工周期短,对交通和环境影响小等优势。随着经济的快速发展和城市化进程的加快,车辆撞击桥墩的事件增加,在极端情况下可能还会导致桥梁整体倒塌。然而,关于这种结构形式的抗车辆撞击性能研究仍较为匮乏,因此,非常有必要开展这方面的研究。该文基于显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA对车辆撞击预制混凝土节段拼装桥墩开展数值模拟工作,在保证数值模型合理性与准确性的基础上,探究几何与构造等因素对节段拼装桥墩抗车辆撞击性能的影响,具体包括截面类型、预应力筋以及剪力键布置等。结果表明:圆形截面相比于方形截面具有更好的抗车辆撞击性能;周边布置预应力筋相较于中心布置能够给节段拼装桥墩提供更好的抗车辆撞击性能;圆柱形混凝土剪力键能够通过提高节段拼装桥墩的整体性来提升节段拼装桥墩的抗车辆撞击性能。基于研究结果的综合考虑,对于实际工程应用问题,应将预制拼装桥墩按圆形截面设计,并采用周边布置预应力筋及节段中心布置剪力键的形式。

自复位榫卯式节段拼装桥墩抗震性能分析

为促进预制拼装桥墩在中、高抗震设防烈度地区的可利用性,基于ABAQUS有限元模型开展了榫卯式节段拼装桥墩试验,进行了数值模拟对比。在纵向耗能钢筋不同截面配筋率、预应力筋不同初始预应力大小和有无黏结及不同布置位置的条件下对榫卯式节段拼装桥墩进行了抗震性能分析,并设计了一种外置可更换耗能软钢棒阻尼器,通过往复水平加载进行了抗震性能分析。结果表明:与未配置耗能钢筋的MTSP-S0相比,内置耗能钢筋可提高榫卯式节段拼装桥墩的水平承载能力及耗能能力,水平承载能力及耗能能力随着截面配筋率的增大而增大,截面配筋率增大到一定程度时,耗能能力及残余位移的增加有所变缓,存在震后不易修复等不足;预应力筋初始预应力的增大减小了耗能能力,但设置25%初始预应力大小的MTSP-Y0.25会由于墩底相对滑移过大而产生破坏,建议初始预应力不低于30%;预应力筋有无黏结及布置位置对水平承载能力、累积耗能等方面均有影响,对自复位能力影响较小;增设由4个软钢棒组成的外置耗能阻尼器MTSP-S0-D可大幅提高榫卯式节段拼装桥墩的水平承载能力、耗能能力,其抗震性能接近于配置4根直径为20 mm的内置耗能钢筋MTSP-S4,且外置耗能软钢棒阻尼器可以通过更换阻尼器的方式实现震后修复。

双柱式节段拼装桥墩抗震性能的影响因素分析

为了研究双柱式节段拼装桥墩抗震性能,了解桥墩在不同参数情况下的破坏情况,通过建立有限元模型,探究配箍率、轴压比、预应力度影响因素对节段拼装桥墩抗震性能的影响,分析结果得出:建议配箍率取值在1.16%~2.28%;轴压比取值在0.2~0.4;预应力度取值在0.2~0.4。

爆炸冲击作用下节段拼装桥墩反射超压分布规律研究

分析桥墩在爆炸冲击作用下的反射超压是研究其动态响应的基础。采用ANSYS/LS-DYNA建立节段拼装桥墩受爆的三维实体分离式模型,并通过既有试验来验证建模方法的可靠性。以桥墩结构形式、节段数目、爆炸比例距离及爆心高度等为设计变量,分析其对节段拼装桥墩冲击波反射超压分布规律的影响。研究结果表明:在桥墩节段数目及爆心高度一定的情况下,桥墩反射超压随比例距离的减小而增大;当爆炸高度接近桥墩接缝时,接缝位置处会产生相当大的反射超压;节段拼装桥墩反射超压的变化规律和整体式桥墩有明显差距;通过拟合得到了整体式和节段拼装桥墩不同比例距离处冲击波超压峰值沿桥墩高度分布的简化计算公式,可为研究桥墩受爆的动态响应及其抗爆设计提供参考。

预制拼装桥墩基于性能的抗震设计方法研究

为研究预制拼装桥墩的抗震设计方法,总结了墩顶位移的计算方法;基于等效线性化方法,将加速度反应谱转化为弹性位移反应谱,修正等效粘滞阻尼系数,给出基于性能的抗震设计流程,并通过实例进行验算。采用基于性能的抗震设计方法可以有效计算出预制拼装桥墩的设计最大承载力以及极限承载力,计算效率快,精度高。

预制拼装桥墩抗震性能数值分析

为进一步掌握预制拼装桥墩的抗震性能是否可以达到抗震要求以及剪跨比等参数对其抗震性能的影响,对既有试验进行数值分析。首先给出桥墩的设计背景及方案,然后通过ABAQUS有限元软件建立数值分析模型,对预制桥墩与整体浇筑桥墩的抗震性能进行对比,分析预制拼装桥墩的合理性,对预制桥墩进行轴压比及剪跨比参数分析,评价各参数对抗震性能的影响程度大小。

基于有限元模型的公路预制拼装桥墩地震动记录选取及地震易损性方法分析

为综合考虑公路预制拼装桥墩的抗震性能,分析了地震动记录的选择和输入方法,探讨了采用有限元软件对现浇桥墩及预制拼装桥墩在不同地震作用下的时程分析方法,阐述了现浇桥墩及预制桥墩通过IDA曲线建立概率地震需求模型得到易损性曲线的分析过程,为学者对预制拼装桥墩抗震性能深入研究提供参考。