混合连接预制装配式桥墩抗震性能研究

针对既有单一形式连接的装配式桥墩难以同时满足中高烈度区轨道快线桥墩对抗弯刚度和多级抗震需求的问题,京雄快线提出了采用无黏结预应力筋、灌浆套筒、混凝土剪力榫及浅承插混合连接的装配式桥墩结构方案。基于室内装配式桥墩足尺模型拟静力试验,建立并验证了精细化数值模型,对比分析了单一连接与混合连接桥墩抗震性能的差异,系统研究了预应力水平、预应力筋位置、灌浆套筒长度及墩底承插深度4个连接参数对桥墩抗震性能的影响规律。结果表明:混合连接装配式桥墩在水平荷载作用下呈典型弯曲破坏,连接性能可靠,抗震性能良好。提升预应力水平可提高桥墩水平承载力,但会降低桥墩变形能力,增大残余位移,预应力水平由30%增加至70%时,承载力提高10.16%。改变预应力筋位置对桥墩抗震性能基本无影响,增大灌浆套筒长度可显著降低桥墩塑性铰长度。墩底承插深度由0.06 D增加至0.18D时,可提高承台对桥墩的侧向约束作用,滞回耗能增加15.87%。为保证混合连接装配式桥墩同时具有良好的自复位和耗能能力,预应力水平不宜大于50%且墩底浅承插深度不宜超过0.12 D。

“灌浆套筒+预应力筋”混合连接预制装配桥墩拟静力试验研究

灌浆套筒是目前预制装配桥墩常用连接方式,承载能力高,但残余位移大,自恢复能力和延性不足。为解决该问题,提出“灌浆套筒+预应力筋”混合连接方式,并应用于预制装配桥墩。以某轨道交通高架桥梁为工程背景,考虑不同连接方式,设计制作3个缩尺比为1:3的桥墩试件,进行拟静力试验和数值仿真分析,开展“灌浆套筒+预应力筋”混合连接预制装配桥墩的抗震性能研究。研究结果表明,相比于灌浆套筒连接和现浇连接,混合连接预制装配桥墩的开裂荷载分别提升了56.1%和79.4%,自恢复能力优势显著,残余位移分别为前二者的45.3%和58.7%,峰值荷载与灌浆套筒连接桥墩接近,但耗能能力较前二者弱,极限位移状态下的耗能能力约为现浇连接桥墩的84%。相比于灌浆套筒连接桥墩,混合连接桥墩墩身塑性铰略有上移,墩身塑性损伤范围略大,预应力筋与墩身混凝土之间的相对滑移是导致混合连接桥墩耗能能力下降的关键原因,极限位移状态下最大相对滑移达7.1 mm,发生在距墩底2000 mm处。从承载能力、位移延性、自恢复能力等方面考虑,针对轨道交通桥梁,“灌浆套筒+预应力筋”混合连接预制装配桥墩具有较好的应用价值,但预应力设计时应以对称分散布置为宜,且预应力初拉力不宜过大。

采用混合连接装配式桥墩地震易损性分析

基于整体现浇桥墩试件(ZT-1)、现浇超高性能砂浆(UHPM)-CFST(钢管混凝土)榫卯混合连接桥墩试件(GX-1)、灌浆套筒-CFST榫卯混合连接桥墩试件(GT-1)的拟静力试验现象和结果,采用OpenSees有限元分析软件,开展试件在地震作用下的时程分析,并对其进行易损性评估,确定相对应的损伤量化指标,分析试件在地震作用下的易损性。研究结果表明:(1)在轻微破坏和中等破坏时,GT-1桥墩的易损性曲线变化趋势与ZT-1和GX-1桥墩较为接近;(2)当PGA分别为0.15 g、0.2g、0.3g、0.4g时,GX-1与ZT-1的地震反应均较为接近,与ZT-1桥墩试件相比,GT-1发生严重破坏的超越概率分别减小了6.71%、11.67%、10.32%、4.46%;(3)与ZT-1、GX-1相比,GT-1表现出更好的抗倒塌能力。

预制装配式桥墩连接关键技术及工程应用

预制装配式桥墩在国内外中低地震区的公路桥梁及城市桥梁工程中已有越来越多的应用,成为桥梁工程建设领域的重要发展方向。首先介绍了预制装配式桥墩的相关技术背景,然后综述了当前国内外常用预制装配式桥墩连接关键技术及其研究进展情况,总结了装配式桥墩在国内外全预制装配式桥梁建设中的应用情况并简要介绍了典型工程案例,最后分析了预制装配式桥墩的发展态势。分析表明,灌浆套筒连接、灌浆波纹管连接以及承插式连接是目前研究和应用最成熟的预制装配式桥墩连接技术,预应力筋连接预制桥墩是值得期待的一种连接技术,值得引起更多关注;预制装配式桥墩在强震区的应用应在充分进行论证的基础上进行,有必要开展大比例尺甚至足尺试验研究以验证其在强震区的适用性;指出了预制装配式桥墩抗震设计及高性能抗震新体系、高性能轻量化预制桥墩、预制装配式桥墩与上部结构一体化建造智能装备及施工技术以及预制装配式桥墩耐久性等是预制装配式桥墩的重要发展方向及亟待解决的关键问题。该研究可为我国预制装配式桥墩连接技术发展及工程应用提供经验借鉴和参考。

装配式城市桥梁下部结构连接试验研究

为实现在高烈度区对城市桥梁装配式下部结构的应用,提出一种可应用于城市桥梁下部结构快速装配施工的钢-混组合连接,通过模型试验展开其与既有灌浆套筒连接、金属波纹管连接以及现浇墩柱的承载力对比研究,静力试验以及拟静力试验结果均表明钢-混组合连接墩柱承载力均高于现浇墩柱,灌浆套筒连接以及波纹管连接墩柱承载力略低于现浇墩柱。拟静力实验结果表明钢-混组合连接柱相较于现浇柱具有更好的耗能能力和抗震性能,证明这种连接形式具有可应用于高烈度区(设防烈度8度及以上)的适用性。

新型装配式不对称混合连接节点试验研究

不对称混合连接是预制装配式混凝土结构的一种新型连接方式。预制梁和柱通过无黏结后张预应力筋装配形成整体,作为耗能元件的普通钢筋仅设置在梁截面上部,并在梁柱连接处作部分无黏结处理。介绍三榀不对称混合连接边节点的低周反复加载试验,试验结果显示:试件的破坏都集中在梁柱接触面,梁柱构件本身及节点核心区破坏轻微;试件的滞回曲线均呈现"S"形,曲线明显呈不对称形状,正向加载时曲线更为饱满;试件的位移延性系数在3.75～5.0,最终等效黏滞阻尼系数为8%～10%。

装配式预制墩柱高效安装关键技术研究

研究了高烈度区城市桥梁装配式下部结构技术,以市政行业及桥梁建设发展需求为背景,开发预制装配式城市桥梁下部结构(预制墩柱),主要将预制墩柱与现浇承台分别预埋钢管,组合焊连接,形成钢混连接结构形式,解决了常规预制墩柱在8度高烈度区新建或改扩建装配式桥梁施工中承载力不高、抗震性能弱的技术难题。主要论述了装配式预制墩柱的设计、施工及应用,从而实现该技术在桥梁建设中的推广应用,提升桥梁现代化建设水平。

全预制装配式桥墩的设计技术

桥梁结构的全预制化相比传统技术,具有快捷高效、质量可靠、节能环保等显著优势。在国家政策及技术发展的引导下,桥梁装配式结构也在各类工程中得到越来越广泛的应用。首先总结了预制装配式桥梁的技术特点,明确全装配式桥墩的设计技术;然后阐述了全预制装配式桥墩的设计原则,包括节段构造的统一化、连接的标准化、结构性能整体性、安装便易性等;最后分析全预制装配式桥墩的设计技术要点,需要从节段设计的产品化、构造连接的可靠性、融合BIM信息技术等角度探索升级目前的设计思路。

全预制装配式混凝土框架结构新型梁柱节点研究

在套筒灌浆连接、螺栓连接和混合连接的基础上,提出一种新型全预制装配式混凝土框架结构梁柱节点,并利用ABAQUS软件建立了4个不同轴压比下的现浇梁柱节点模型和4个新型节点模型。为了验证新型节点的可靠性,对不同轴压比下的现浇节点和新型节点进行梁端加载低周往复数值模拟,并对各模型的抗震性能影响因素进行了对比分析。研究表明,在相同轴压比下,梁端加载的新型节点的承载力略高于现浇节点、延性性能高于现浇节点、耗能能力低于现浇节点、刚度退化比现浇节点慢。

通过预应力筋连接的节段预制拼装式铁路桥墩抗震性能研究

节段预制拼装式桥墩抗震性能与现浇墩有一定差异,以铁路常用桥墩结构为例,连接形式采用预应力筋,通过纤维模型对抗震性能和相关参数进行数值计算和分析。结果表明:(1)采用完全预应力筋连接的铁路拼装墩各项指标满足正常使用和多遇地震要求,可适用于非震区或低震区;(2)在罕遇地震作用下,采用预应力筋混合连接的铁路拼装墩抗裂能力有所提高,极限承载能力、变形与现浇墩相差不大,延性性能、耗能能力等满足"大震不倒"的抗震需求;(3)在一定条件下预应力筋配筋率、预应力度对抗震性能影响不大,初张力对预应力筋状态影响明显,需要合理确定初张力的上限。

某外海码头特大引桥装配式桥墩设计技术

以某外海无掩护海域特大型接岸引桥为例,针对其建设规模大、地质条件复杂、下部桥墩结构在工程投资中占比高、风浪条件差、可作业时间短、工期难控制等问题,对下部桥墩结构方案进行了技术经济比较,得出应用高桩墩台结构更优的结论。并针对工程桥墩数量多、尺度标准化程度高的特点,提出预制装配式桥墩的优化设计方案。结果表明:该结构的应用大大减小了现场混凝土浇筑量,为降低施工难度、确保工期、降低施工期安全风险提供了有利保障。可为类似外海水工建筑物的设计提供借鉴。

承插式装配桥墩抗震性能拟静力试验与数值模拟

为了获得承插式装配桥墩的抗震性能,提出了一种预制墩柱与预制基础连接界面不做粗糙处理的承插式连接构造,通过拟静力试验获得了其破坏模式、滞回曲线,分析了承插式桥墩的承载能力、延性性能、耗能性能、残余变形等与整体现浇桥墩的差异,并采用有限元数值模拟技术,较系统地研究了墩柱嵌入深度、灌浆料强度等因素对桥墩抗震性能的影响。结果表明:连接界面不做粗糙处理、嵌入深度为1.0倍墩柱直径的承插式装配桥墩的破坏模式与整体式的相同,均为墩柱发生的弯曲破坏,其峰值荷载、极限位移及自复位能力等均与整体式现浇桥墩的基本相同,而耗能及延性性能小于整体式桥墩;承插式桥墩的承载能力随着墩柱嵌入深度和灌浆料强度的增加而增大,但当灌浆料强度超过桥墩自身混凝土强度后提高幅度不大;通过设置合理的墩柱嵌入深度及灌浆料强度,可以使承插式装配桥墩的抗震性能接近于整体式现浇桥墩。

不对称混合连接节点低周反复加载试验研究

随着社会的不断发展,不对称混合连接方式在越来越多的预制装配式结构中得到应用。为了研究不对称混合连接方式的特点,对采取不同装配形式的不对称混合连接构件采取低周反复加载试验。通过对试验数据的分析,可以得出不对称混合连接方式滞回曲线基本均呈现"S"形变化,同时梁柱核心区出现细微的裂缝变化。预应力钢绞线的张拉方式及普通耗能钢筋的无粘结长度,都会影响结构塑性铰产生的位置及整体构件耗能能力。

公路桥梁装配式桥墩工业化快速建造技术

我国桥梁建造正在由上部主梁装配式设计建造逐步进入包含下部桥墩的全装配式时代,预制装配式桥梁因较现浇桥梁有诸多优势已成为桥梁建设的主要发展方向。以湖北省监利~江陵高速公路东延段项目即江北东高速公路的装配式桥墩为背景,主要开展以下研究:(1)计算对比现浇桥墩和离心预制管墩的轴心受压正截面抗压承载力、斜截面受剪承载力和偏心受压正截面受压承载力,基于拟静力实验结果对比分析两者的抗震性能;(2)对现浇桥墩和离心预制管墩原材料用量进行对比分析;(3)对管墩与桩基承台之间采用灌浆金属波纹管连接和承插式连接的施工工艺、施工精度和施工周期要求进行对比,确定取合理的连接方案。结果表明:(1)现浇桥墩和离心预制管墩的轴心受压正截面抗压承载力、斜截面受剪承载力和偏心受压正截面受压承载力相近,且两者在水平往复加载作用下的滞回行为相似;(2)离心预制管墩的混凝土用量较现浇桥墩大幅降低,钢材用量略有增加,预制墩柱推荐选用管墩;(3)公路桥梁装配式桥墩采用离心预制普通钢筋混凝土管墩和新型管墩-桩基承台承插式连接方案,可满足常规化运输和吊装设备安装需求,降低对施工单位技术、管理水平的要求,具有良好的可实施性。研究成果已应用于江北东高速公路预制桥梁项目,可为预制桥梁建设和连接方案选择提供参考,从而促进装配式桥墩的应用和发展。