耗能钢筋配筋率对灌浆波纹管连接矮墩抗震性能影响研究

为改善灌浆波纹管连接矮墩的抗震性能,基于荣乌新线高速公路张六庄特大桥工程,利用ABAQUS有限元分析软件对4种不同耗能钢筋配筋率的灌浆波纹管连接矮墩进行了研究,以4种桥墩模型的破坏形态、延性性能、滞回特性以及耗能能力为指标,对比分析了不同耗能钢筋配筋率下灌浆波纹管连接矮墩的抗震性能。通过研究发现,当增大耗能钢筋配筋率时,桥墩的滞回曲线变得越来越饱满,延性性能与耗能能力也得到了显著提升;当耗能钢筋配筋率达到0.35%时,桥墩耗能能力与延性性能提升的趋势有所减缓,因此增设耗能钢筋可以有效改善灌浆波纹管连接矮墩的抗震性能。

无黏结预应力带耗能钢筋预制节段拼装桥墩抗震性能研究

运用美国太平洋地震工程研究中心开发的OPENSEES程序,采用纤维梁柱单元建立无黏结预应力带耗能钢筋预制节段拼装桥墩模型,进行拟静力加载过程分析,研究预应力度、轴压比、普通钢筋和预应力筋配筋率等参数对墩柱抗震性能的影响。结果表明:随着预应力度的提高,桥墩屈服力提高,但对水平承载力影响较小;预应力和上部结构恒载总的轴压比为20%～30%时,桥墩具有较高的水平承载力和等效阻尼比;预应力筋配筋率为0.20%～0.50%时,桥墩具有较稳定的水平承载力和耗能能力,增大预应力筋配筋率,桥墩等效阻尼比降低;提高普通钢筋配筋率时,桥墩的屈服力、水平承载力、能量耗散和等效阻尼比均有显著提高,但残余位移增大。地震响应分析结果表明,增设耗能钢筋能提高节段拼装桥墩水平承载力;地震作用下桥墩破坏时,墩底剪力约为拟静力试验水平承载力的70%～90%,墩顶位移约为拟静力试验破坏位移的50%。

无粘结预应力组合耗能钢筋装配式桥墩抗震性能研究

为了解无粘结预应力组合耗能钢筋装配式桥墩的抗震性能,制作1组该类型桥墩试件进行拟静力试验。分析试验破坏模式及滞回特性,并与现浇桥墩试件结果进行对比;采用OpenSees软件进行不同耗能钢筋配筋率时该类型桥墩的抗震性能研究,基于残余位移及平均等效阻尼比给出兼顾耗能及自复位能力的无粘结预应力组合耗能钢筋装配式桥墩配筋率比值合理区间。结果表明:在耗能钢筋配筋率相近时,无粘结预应力组合耗能钢筋装配式桥墩试件与现浇桥墩试件耗能能力相当且残余位移更小;耗能钢筋配筋率增大可有效提升桥墩的耗能能力、水平承载力、等效阻尼比及初始刚度,但将导致较大的残余位移;耗能钢筋与无粘结预应力配筋率比值为1.42~2.72时,该类型桥墩可同时实现较好的耗能能力及优异的自复位性能。

自复位桥墩耗能钢筋合理配筋率的设计方法研究

自复位桥墩在地震作用下损伤较小,近年来受到了工程界的关注。无耗能装置的预应力摇摆墩耗能能力小,导致其在地震作用下产生较大的位移响应。为了增加无粘结预应力摇摆墩的耗能能力,通常会在墩底采用耗能钢筋。研究结果表明:增加耗能钢筋的用量,可以提高桥墩的耗能能力,但同时也会增加桥墩震后残余位移。然而,现有研究很少涉及耗能钢筋的合理配筋率问题。该文采用非线性时程分析方法,从自恢复指标λ对不同周期结构地震位移反应的影响入手,结合耗能钢筋配筋率ρ与自恢复指标λ的对应关系,提出了自复位桥墩耗能钢筋合理配筋率的设计方法。即不同周期自复位桥墩的耗能钢筋合理配筋率可通过其λ推荐值及ρ-λ关系得到。以一座四跨连续梁桥为例,验证所提耗能钢筋合理配筋率设计方法的合理性。研究结果表明:当结构周期比η<1.0时,λ推荐值为1.2;当结构周期比1.0≤η≤2.0时,λ推荐值为2.0;当结构周期比η>2.0时,该文推荐耗能钢筋配筋率为0.5%。

耗能钢筋配筋率对圆形自复位空心桥墩抗震性能影响分析

为了进一步研究自复位桥墩的抗震性能,基于有限元软件ABAQUS建立圆形自复位空心桥墩模型。对模型施加低周往复荷载,进行拟静力分析。以耗能能力、极限位移、屈服荷载、极限荷载、屈服位移为研究目标,对比分析在不同耗能钢筋配筋率(分别为0.2%,0.22%,0.24%,0.26%,0.28%,0.30%)下自复位空心桥墩的的抗震性能。结果表明,圆形自复位空心桥墩可有效减小残余位移;随着耗能钢筋配筋率的增加,自复位桥墩屈服位移保持不变,屈服荷载、桥墩耗能能力逐渐增大;当耗能钢筋配筋率超过0.28%时,桥墩耗能能力提升趋势、极限位移下降趋势有所减缓;为避免耗能钢筋失效,桥墩产生过大残余变形,同时保证自复位空心桥墩抗震性能,耗能钢筋配筋率宜控制为0.24%~0.28%。

新型装配式梁柱节点耗能钢筋的抗震性能研究

文章提出了一种新型预压装配式梁柱节点,为改善目前装配式节点耗能性能不足的问题,在节点梁上部设置贯穿梁柱交界面的耗能钢筋,为节点提供额外的耗能性能。但耗能钢筋对节点抗震性能的影响尚不明确,不能达到指导施工的地步。基于此,文章通过实际试验与有限元模拟分析来探究耗能钢筋对此新型节点抗震性能的影响,为实际设计施工提供相关建议。

多级耗能后张预应力筋预制节段墩的抗震性能分析

为提升节段墩的抗震性能,采用多级耗能方法实现多节段共同参与耗能.将耗能钢筋从节段墩底部向上依次穿过多个接缝,从而实现多级耗能.通过数值模拟,研究多级耗能节段墩体系的耗能能力,并针对三级耗能节段墩体系的轴压比和耗能钢筋配筋率进行参数分析.结果表明,多级耗能节段墩体系可以提高节段墩的耗能能力,而每一级别耗能体系存在耗能上限,且随多级耗能体系级别的提升而增加.在不同级别耗能体系中,耗能钢筋配筋率存在不同的临界值,一级耗能体系的耗能钢筋配筋率临界值为0.23%,二级耗能体系为1.31%.为获得较强的耗能能力,建议将耗能钢筋配筋率取值为1.31%,轴压比取值为0.1.

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。

干接缝节段拼装桥墩抗震分析的纤维模型模拟方法

针对节段拼装桥墩的构造特点,对节段拼装桥墩涉及到的接缝,有粘结预应力钢筋,无粘结预应力钢筋,耗能钢筋等特殊问题进行了仔细的分析比较,在此基础上给出了适宜的模拟方法,然后分别对拟静力试件和振动台试件进行了非线性有限元分析,比较了纤维模型分析结果与试验结果的异同。与试验结果的比较表明:纤维模型分析方法是分析节段拼装桥墩抗震性能的有效近似分析方法。

干接缝节段拼装桥墩拟静力试验研究

为了比较节段拼装桥墩与整体现浇桥墩之间抗震性能的差异,以是否存在预应力钢筋、不同施工方法、预应力筋的位置和粘结状态、是否存在耗能钢筋等为试验参数,设计了一个包含五种不同构造类型混凝土桥墩的试验方案。采用拟静力试验方法比较分析了这五种不同构造类型混凝土桥墩的破坏形态、易损部位、荷载位移滞回曲线、节段拼装桥墩接缝的开展、拟静力残余位移、曲率分布、耗能能力、粘滞阻尼比等,得到了三种节段拼装桥墩、整体现浇钢筋混凝土桥墩和预应力混凝土桥墩之间拟静力行为的异同。试验结果表明:节段拼装桥墩在循环荷载作用下发生接缝的交替开闭,曲率变化集中在接缝附近,没有发生整体现浇混凝土桥墩通常出现的塑性铰现象。耗能钢筋的存在可以延缓接缝的张开,增加构件的极限弯矩和耗能能力,从而有利于增加抗震能力;采用无粘结预应力钢筋和有粘结预应力钢筋连接的节段拼装桥墩的拟静力残余位移比较小,而采用耗能钢筋的节段拼装桥墩的拟静力残余位移较大,基本上与整体现浇桥墩的拟静力残余位移相近。

基于并联弹簧接缝模型的装配式桥墩抗震分析方法

装配式混凝土桥墩具有施工快、质量优和节能环保等优点,在国内外低地震烈度区获得了广泛应用。但是装配式桥墩的拼装连接部位受力复杂,在中、高抗震设防区应用缺乏系统的研究和设计依据,从而限制了装配式桥墩在中国桥梁建设中的应用。该文针对装配式桥墩的受力特点,在试验的基础上,建立装配式桥墩接缝的整体分析数值模型。与试验结果的比较表明:并联弹簧接缝纤维模型是分析节段装配式桥墩抗震性能的有效方法。研究结果将加深节段拼装混凝土桥墩抗震性能和破坏机理的理解。

预应力自复位装配式混凝土框架节点抗震性能研究

提出一种新型装配式混凝土框架梁柱节点,其具有震后自主复位,低损伤等特点。为了解该新型节点的抗震性能,进行了新型装配式节点与现浇节点的拟静力对比试验研究,并与Open Sees有限元分析结果进行了对比。试验结果表明,新型装配式节点在梁端位移角达到1/18时,仍保持承载力不降低,结构构件基本完好,仅在梁端出现少量弯曲裂缝,且在荷载卸除后实现自主复位,裂缝基本闭合。有限元分析结果表明,该装配式节点的承载能力随初始预应力的增大而增大,同时也随耗能钢筋截面面积的增大而增大,耗能能力则主要来源于耗能钢筋。

预应力连接预制节段桥墩抗震性能数值仿真分析

预应力连接预制节段桥墩已在美国低震地区广泛应用,但在中国的工程应用甚少。由于预制节段墩的抗震机理尚不明确,震害资料缺乏,使其在强震地区的应用受到制约。本文基于预应力连接预制节段桥墩缩尺模型的拟静力试验,采用有限元分析软件ABAQUS,建立其精细化数值模型,在压弯荷载作用下进行墩柱的非线性力学行为仿真,并与试验结果进行对比验证;在此基础上,探讨耗能钢筋配筋率、预应力筋面积及其初始张拉力3个关键设计参数对预制节段桥墩抗震性能的影响规律。结果表明:本文建立的预制节段桥墩数值模型可较好地再现拟静力试验结果;随耗能钢筋配筋率的增加,桥墩承载能力、等效黏滞阻尼比和残余位移都明显增加;随预应力筋面积增加,桥墩屈服后刚度明显增加,抗侧承载力增加,残余位移略有增加,等效黏滞阻尼比降低;随预应力筋初始张拉力的增加,桥墩承载能力增加,但墩底混凝土破碎严重;对于预制节段拼装预应力桥墩,建议当目标偏移率不超过4%时,为了避免严重的混凝土损伤,预应力筋初始张拉力应小于其极限抗拉强度的50%;为了实现桥墩震后的快速修复,耗能钢筋配筋率应小于1%。研究结果可为预制节段拼装预应力桥墩的抗震设计提供参考,促进其在强震地区的使用。

双向地震下自复位桥墩的地震响应

为了研究新型自复位桥墩(rocking self-centering,RSC)在双向地震作用下的地震反应,基于OpenSees建立了RSC桥墩有限元模型,以墩顶最大漂移率、预应力筋最大应力、墩底剪力作为分析对象,对比分析了不同耗能钢筋配筋率、不同轴压比的RSC桥墩在单向和双向地震作用下的反应.结果表明,墩顶最大漂移率和预应力钢筋最大应力随着耗能钢筋配筋率的增加而减少,但耗能钢筋配筋率的增加会增大墩底剪力.

装配式钢管混凝土自复位桥墩恢复力特性分析

基于韧性抗震的设计理念,针对典型的装配式钢管混凝土(Concrete-Filled Steel Tube,CFST)自复位桥墩(耗能钢筋内置和外置),建立相应的OpenSees纤维模型,验证外置耗能在承载力和刚度等方面的优越性,并分析外置耗能钢筋布置角度对其恢复力特性的影响;研究结果表明:当外置耗能钢筋的布置角度为60°时,可最大程度分担设计弯矩,提高抗侧刚度和承载力。

自复位桥梁墩柱结构抗震性能试验研究与分析

自复位桥梁墩柱结构通过将无粘结预应力钢筋与耗能钢筋有效结合成整体受力,很好地改善传统桥墩在横向地震荷载过后具有较大不易恢复残余变形的特点,并且同时保证足够的耗能能力。该文阐述了自复位桥梁墩柱结构的基本力学特点,并以自复位桥梁墩柱结构拟静力试验为参照,考虑桥墩弯曲变形、耗能钢筋无粘结长度以及底部混凝土与钢筋应变差产生的滑移效应,提出了自复位节结构力学分析模型以及有限元模型,并根据混凝土应力简化的不同程度,应用等效矩形应力图法和平截面假定法两种方法求解混凝土压力,从而把握整个结构体系受力特征。此外,该文研究了自复位刚度转换特征,揭示其隔振本质,为结构设计提供参考依据。

PC与RC空心墩抗震性能试验对比

为研究PC空心墩的抗震性能,设计制作了3个PC空心墩(1个整体式和2个装配式),并用1个RC空心墩作为对比试件,对4个试件进行了拟静力试验。基于试件的破坏特征、滞回性能、曲率分布、剪切变形等试验结果,详细比较了RC及PC整体式、PC装配式空心墩的承载力、刚度、延性、耗能、复位能力等抗震性能,分析了预应力轴压比对空心墩抗震性能的影响。研究结果表明:RC空心墩中布置无粘结后张预应力筋可以有效降低残余位移,对累积滞回耗能影响不大,但可减小等效粘滞阻尼比;布置耗能钢筋的PC装配式空心墩的自复位能力较强,曲率分布和剪切错动主要集中在墩底接缝处,其损伤程度比整体式空心墩轻的多;预应力轴压比过大可导致保护层混凝土提前被压碎,使空心墩屈服后出现负刚度。

干接缝节段拼装桥墩振动台试验研究

为探讨节段拼装桥墩的抗震性能,设计了一个包含5种不同类型混凝土桥墩的试验方案,其中3种为节段拼装桥墩,其余2种分别为整体现浇钢筋混凝土桥墩和无粘结预应力混凝土桥墩。采用振动台试验方法比较分析了这5种不同构造类型混凝土桥墩的动力特性,损伤的发展过程,接缝的扩展规律,相同加速度激励下的最大位移响应等,总结了不同类型桥墩的地震响应特点和规律。试验结果表明:节段拼装预应力混凝土桥墩的破坏现象主要是塑性铰节段墩底接缝的张开,塑性铰节段墩身没有发生损伤现象,随输入增加,接缝张开程度逐渐增大,表现为明显的摇摆现象。在相同输入下,节段拼装试件的最大位移响应大于同等整体现浇钢筋混凝土试件。耗能钢筋的存在可以增加桥墩的侧向刚度,减小最大位移响应,延缓接缝的张开,增加结构的耗能能力。有粘结预应力筋的存在,使得节段拼装桥墩在较大输入激励下,预应力筋易发生屈服,从而导致位移响应急剧增大。

干接缝节段拼装桥墩集中塑性铰模型的地震响应分析

针对节段拼装桥墩的构造特点,采用集中塑性铰分析方法对节段拼装桥墩进行了循环荷载分析和非线性时程分析。首先编制了五种不同类型桥墩的截面弯距曲率分析程序,然后根据试验结果确定各种桥墩的加卸载规律,最后采用集中塑性铰方法进行了各种桥墩模型试件在各个试验工况下的拟静力荷载位移滞回曲线、非线性时程激励下的墩顶最大位移等地震反应规律的比较。与试验结果的分析比较表明:集中塑性铰分析方法是分析节段拼装桥墩抗震性能的有效分析方法。

自复位装配式混凝土框架结构抗震性能试验研究

提出了一种采用新型连接节点构造的自复位装配式混凝土框架结构。设计并制作了两榀单层单跨框架结构试件,包括一榀现浇混凝土框架和一榀新型装配式混凝土框架。其中,对装配式混凝土框架结构进行了两次拟静力试验,第二次试验是在第一次试验完成后并更换结构的耗能钢筋进行的。试验结果表明:新型装配式混凝土框架结构的承载能力和耗能能力略低于现浇混凝土框架结构,但延性较现浇框架有较大提高,层间位移角超过1/50时,承载力仍无下降趋势;另外,装配式混凝土框架结构在第一次试验后的残余变形约为现浇框架结构的15%,构件损伤轻微,结构可以实现自主复位;装配式框架结构在第二次试验中的承载力较第一次试验略有下降,残余变形有所增大,仍然具有一定的自主复位能力,结构损伤仍较轻微,说明其经过简单地更换耗能钢筋就可以实现抗震能力的基本恢复。