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。

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。

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。

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。

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。

自复位预制节段拼装中空夹层钢管混凝土桥墩地震易损性分析

为评估自复位预制节段拼装中空夹层钢管混凝土(Concrete-filled Double Skin Steel Tubular,CFDST)桥墩在地震动作用下的易损性,本研究基于现有的低周反复荷载试验数据,采用有限元分析方法,选用墩顶水平位移角和残余位移角2个指标作为评估标准进行定量分析。针对3种不同类型地震动(远场、近场无脉冲和近场有脉冲),分别建立了关于水平位移角和残余位移角2个指标的易损性曲线,并分析了不同损伤指标和地震动类型对其地震易损性的影响。研究结果表明,在自复位预制节段拼装CFDST桥墩地震易损性分析中,仅采用水平位移角作为损伤指标是安全可靠的;相比远场地震动和近场无脉冲型地震动而言,近场脉冲型地震动对自复位预制节段拼装CFDST桥墩的变形和自复位有显著影响。

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。

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。

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。

公路预制拼装桥墩试验模型施工及加载方法研究

为改善公路预制拼装桥墩试件施工中存在的问题,结合公路预制桥墩大比例缩尺试验模型,分析了预制拼装桥墩的特点,探讨了试验中试件施工要点和问题的解决方法,阐述了施工准备、各节段的安装、钢筋布置、预应力筋张拉等过程,给出了试验模型的加载方案,为学者对公路预制拼装桥墩进一步的试验研究提供参考。

预张预应力-承插式预制桥墩抗震试验数值仿真

为充分利用承插式桥墩施工容差大、无黏结预应力桥墩震后可自恢复的优势,同时减少现场预应力张拉施工,提出一种承插式连接和工厂预张无黏结预应力筋连接的混合连接预制拼装桥墩。采用ABAQUS软件建立了该桥墩的三维有限元模型,基于已开展拟静力试验结果验证了该数值模型的精确性,并分析了桥墩的局部损伤、滞回行为、骨架曲线、耗能能力以及预应力筋张拉力、接缝开口等行为。结果表明:该研究建立的数值模型可以较好地再现拟静力结果,混合连接预制拼装桥墩力-位移曲线表现为“旗帜型”;当墩顶偏移率为5%时,墩柱仅出现横向裂缝,无其他明显结构损伤;当承插深度为0.4D时,承台出现轻微裂缝,当承插深度为0.7D时,承台可以提供足够的抗拔力且无明显损伤;外包钢管和钢垫板存在应力集中现象。

外置可更换耗能器的预制拼装自复位桥墩抗震性能试验研究

基于抗震韧性设计理念,结合装配式结构技术,发展了具有外置可更换耗能器的自复位预制拼装桥墩结构。开展了两组自复位预制拼装桥墩模型结构的拟静力往复加载试验研究。介绍了往复加载过程中自复位预制拼装桥墩的受力行为及损伤过程,分析了其力-位移滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、预应力筋张拉力变化、残余位移、接缝开口、墩底受压区高度等抗震性能。结果表明:外置耗能部件具有良好的可更换性和耗能能力,更换前后桥墩的抗震性能基本一致。自复位桥墩力-位移滞回曲线呈现出明显的"旗帜"型形态,残余位移较小,具有良好的自复位能力。随墩顶水平位移增加,墩柱内轴向预应力筋张拉力基本呈线性增加,更换耗能器后预应力筋的预应力损失减小。墩底外包钢管有效地抑制了局部混凝土压溃,钢管没有出现局部外鼓等损伤破坏。

循环荷载作用下预制拼装桥墩抗震性能分析

采用实体有限元方法分析预制拼装钢管约束混凝土桥墩在循环荷载作用下的力学反应,介绍了实体有限元方法分析预制拼装桥墩的关键技术.有限元计算得到的变形和破坏形态与试验结果基本一致,荷载位移滞回曲线也与试验结果吻合良好.在此基础上进行的参数分析结果表明:随预应力筋产生的轴压力增加,构件强度增加但延性降低;套筒约束程度对节段拼装摇摆单柱墩的滞回性能基本没有影响;接缝区域混凝土强度越高,侧向抗力增加.

套筒连接的预制拼装桥墩抗剪性能试验

为了探究采用灌浆套筒连接预制拼装桥墩的抗剪性能和影响因素,对拼接缝位置、截面中心增设无黏结预应力筋、拼接面增设剪力键齿的预制拼装桥墩试件及现浇混凝土桥墩试件进行了拟静力试验.分析比较了试件的损伤发展过程和最终的破坏模式.从滞回曲线、极限剪切承载力、变形等方面探讨了试件的抗剪性能,并与现浇混凝土试件的抗剪性能进行了比较.试验结果表明,采用灌浆套筒连接构造的预制拼装桥墩主要表现为弯剪破坏模式,变形能力和耗能能力良好,且与现浇试件抗剪性能相近.截面中心增设无黏结预应力筋的试件,可提高抗剪承载力,并降低了残余变形.

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。