空心节段预制拼装RC桥墩的多维抗震性能试验研究

随着时代的发展和社会的进步,预制拼装技术可提高桥梁建造效率、降低环境影响。预制拼装桥墩同时具备良好的自复位能力,且震后残余位移小。文中设计了新型空心节段预制拼装RC桥墩,通过水平双轴拟静力试验,对节段拼装桥墩在多维耦合作用下的抗震性能进行研究。采用矩形加载路径,对空心节段拼装桥墩的水平的损伤特征、节间接缝开合、水平力-位移关系、预应力下降、刚度退化等进行分析,阐明了空心节段预制RC桥墩的破坏机理,研究了新型桥墩的抗震性能。结果表明:多向耦合水平作用使构件边角破坏严重,加载路径对节段拼装桥墩的耗能能力、自复位能力等都产生重要影响。底部节段在加载位移角达1.5%时混凝土剥落较多,在3.5%的位移角下耗能钢筋拉断,且双向残余位移角可达1.98%和1.42%。双向加载RC墩自复位能力下降严重,可能导致韧性不足。本研究结果为空心节段拼装桥墩的设计和地震区应用提供依据和理论支撑。

近场爆炸作用下节段预制拼装RC桥墩的易损性评估

为了评估近场爆炸荷载作用下节段预制拼装钢筋混凝土(RC)桥墩的损伤程度,首先开展了节段预制拼装RC桥墩的野外近场爆炸试验,然后建立了节段预制拼装RC桥墩的三维有限元精确化模型,以轴向剩余承载力作为节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤评估指标;接着探讨了近场爆炸荷载的不确定性量化,基于TNT当量和爆心距抽样的爆炸荷载研究了节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤程度以及损伤系数的概率分布,对近场爆炸荷载作用下节段预制拼装RC桥墩进行了易损性评估。结果表明:近场爆炸荷载下节段预制拼装RC桥墩的底节段近爆区发生局部冲切破坏,底节段残余位移最大;爆炸数值模拟与试验结果基本吻合,重启动进行轴向加载得到的轴向剩余承载力是可行的;基于TNT当量和爆心距抽样得到了节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤系数,不同TNT当量下的损伤系数呈对数正态分布;基于对数正态概率密度和条件概率得到了节段预制拼装RC桥墩在近场爆炸作用下的易损性曲线,可评估节段预制拼装RC桥墩在不同TNT当量下的爆炸损伤程度。所得结论可为节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤快速评估提供参考。

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。

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。

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。

爆炸荷载下预制节段拼装双层钢管混凝土墩柱的动力响应数值模拟

为提升装配式公路桥梁的抗爆防护能力,提出了一种新型预制节段拼装双层钢管混凝土(PS-CFDST)组合墩柱.基于非线性显式动力分析程序LS-DYNA建立了新型PS-CFDST墩柱在爆炸荷载作用下动力响应分析的精细有限元模型,并通过已有试验结果验证了模型的准确性.对爆炸荷载作用下PS-CFDST墩柱的动力响应进行数值模拟分析,研究了PS-CFDST墩柱在爆炸荷载作用下的破坏过程、损伤机理和耗能机制.运用参数化分析方法,研究了爆炸距离、节段数量和预应力水平等关键参数对PS-CFDST墩柱动力响应的影响,并在此基础上提出了PS-CFDST墩柱的抗爆设计建议.结果表明:PS-CFDST墩柱除通过材料塑性损伤耗能之外,节段接缝界面滑移耗能机制对耗能贡献可达40%以上;增大墩柱可接近距离是提升墩柱抗爆安全性的有效手段,增大预应力有利于减小柱中最大水平位移和墩底剪切滑移,从而提升PS-CFDST墩柱的抗爆性能.

节段预制拼装波形钢腹板连续组合箱梁抗弯性能试验研究

为研究波形钢腹板连续组合箱梁在整体现浇和节段预制拼装施工工艺下抗弯性能的差异,对一片节段预制拼装变截面波形钢腹板连续箱梁和一片相同尺寸的整体式波形钢腹板连续箱梁进行了抗弯性能试验,分析了接缝的存在对节段预制波形钢腹板连续梁不同特征截面上应变的分布、荷载-挠度曲线变化、预应力增量的影响,并对两片梁的破坏形态进行了分析,试验结果表明:加载初期,接缝的存在对试验梁刚度影响较小,两片梁的应变和变形接近。开裂后节段拼装梁节段接缝间的混凝土应变相对整体梁偏小,但接缝处的混凝土应变较大,接缝位置的塑性变形使得内力重分布现象更加明显;整体梁出现典型的弯曲裂缝,而节段拼装梁裂缝数量在整个过程中相对较少,集中出现在节段两侧接缝位置;在塑性阶段,节段梁变形主要发生在接缝位置,梁体变形相对较大,而边跨相对于中跨挠度变化较小。节段拼装梁的预应力筋相比于整体梁发挥了更大的作用,应力增长速率更快,且节段拼装梁有效高度变化小于整体梁。提出了节段预制拼装波形钢腹板连续箱梁抗弯承载力计算公式,且公式计算值与试验结果吻合程度较好。

冻融循环作用下节段预制全胶接拼装梁剪力键抗剪承载力研究

为分析冻融循环对节段预制全胶接拼装混凝土梁剪力键抗剪承载力的削弱效应,建立剪力键抗剪承载力计算模型,并进行单调加载和反复加载模型试验验证,采用冻融材料应力~应变关系曲线,对冻融循环次数、冻融后反复加载、正应力水平、键齿数量、键齿尺寸进行抗剪承载力参数影响分析。结果表明:单调加载、冻融后反复加载的剪力键抗剪承载力与冻融循环次数均呈二次抛物线关系;冻融循环次数对剪力键抗剪承载力有较大削弱;冻融循环后再反复加载,剪力键抗剪承载力进一步明显降低。单调加载下,剪力键抗剪承载力和正应力呈线性正相关;剪力键抗剪承载力与键齿数量呈三次抛物线关系,键齿数量超过4个,抗剪承载力随键齿数量增多增长缓慢;剪力键抗剪承载力与键齿尺寸比呈线性正相关。

节段预制拼装桥梁耐久性设计要点研究

桥梁节段预制拼装不仅能够节省20%以上的建设成本,而且能够避免支架模板现浇施工所消耗的时间成本,尤其适用于大跨度复杂地形的桥梁工程建设。考虑到桥梁匹配预制阶段水化热导致的节段变形对其耐久性具有重要影响,基于此,论文依托合肥市某三跨预应力刚构桥工程开展ANSYS有限元的箱梁预制匹配水化热变形影响分析,研究结果表明,匹配段与新浇筑段水化热温度梯度造成的纵向变形达到0.5~2.5mm;箱梁匹配预制宽长比增大会导致纵向变形不断增大,设计选用宽长比4~5之间的预制节段以优化结构使用耐久性。

节段预制拼装箱梁桥抗剪性能试验研究

湿接缝纵向拼装的方法在节段预制拼装桥梁中得到广泛应用,但是湿接缝结合面抗剪受力性能研究较为缺乏。以某高速公路20 m装配式预应力混凝土简支箱梁桥为背景,设计了节段预制拼装箱梁桥的抗剪性能足尺模型试验,对桥梁湿接缝节段的抗剪性能进行了研究,建立了试件的有限元计算模型。研究结果表明,现浇接缝和相邻节段预制箱梁的挠度在试验初期变形基本一致;当荷载超过600 kN时,挠度差明显增大;当试验荷载达到1 100 kN时,湿接缝与箱梁混凝土的结合面失去传递荷载的能力,试验模型发生破坏;采用节段预制拼装的箱梁桥,其破坏模式是先结合面开裂后湿接缝混凝土开裂破坏;施加并提高纵向预应力,可以提高拼接箱梁桥结合面开裂后的承载能力。

市域铁路节段预制拼装简支梁设计建造研究

对35m、40m和45m三种跨度的节段拼装简支梁方案进行设计比选,对比了高强钢束和普通钢束的设计结果。结果表明,在节段预制拼装梁中使用高强钢束可以产生良好的经济实用价值,具有减小梁部腹板厚度、降低混凝土用量、减少预制节段分段数量、方便施工的优点。同时,在掌握工程基本情况的基础上,从结构形式、结构计算、梁场预制、构件运输、现场架设等方面出发,分析了节段预制拼装简支梁的设计与建造要点。

外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土桥墩抗震性能分析

为了进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构在中、高烈度地区的应用,减少桥墩的震后损伤及修复成本,提出一种外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)桥墩。基于ABAQUS有限元分析软件建立无耗能装置、外置拱形钢板、外置竖直钢板、外置拱形耗能装置的四节段预制拼装CFST桥墩模型,并在往复位移加载作用下对各模型的抗震性能进行对比分析。研究结果表明:外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩具有较好的水平承载力、较高的初始刚度以及较强的耗能能力,与外置竖直钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力提升了约11.9%,初始刚度提升了约2.5%;与外置拱形钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约28.8%、4.6%和13倍;与无耗能装置的预制拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约39.4%、10.4%和18.1倍;外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩在整个位移加载阶段残余位移均保持在1 mm之内,偏移率不超过1%,且损伤集中在拱形耗能装置上,能够实现震后的快速修复。

验潮站井筒结构节段预制拼装下放工艺研究与应用

湛江港验潮站预制井筒结构长9.5 m,重18 t,距验潮站2.5 m处的码头泊位服役近30 a,经检测表明其承载能力不足,码头泊位无法满足大型起重设备进场作业,预制井筒结构整段吊装存在困难。为此研究类工厂化的井筒结构段预制拼装下放工艺,实现场内分段预制,施工现场小型起重设备起吊,边拼装边下放。研发了相应的拼装接头、拼装下放工艺、拼装控制技术和下放装置。通过工程应用验证,验潮站井筒结构节段预制拼装下放工艺有效避免了对大型起重设备的依赖性,有良好的推广应用价值。

节段预制拼装桥梁研究综述

随着城市化和交通建设的不断发展,作为创新桥梁建造技术的节段预制拼装桥梁逐渐引起了广泛的关注和应用。文章对节段预制拼装桥梁的理论及试验研究进行了研究,分析了桥梁的接缝类型及相应特点,介绍了节段预制拼装桥梁技术的理论研究现状、试验现象及公式修正等,旨在为桥梁未来发展提供参考。

郑许市域铁路节段预制胶接拼装桥梁设计研究

郑许市域铁路是中原城市群城际轨道交通的重要组成部分,该线路高架桥主梁部分采用了节段预制胶接拼装建造技术。介绍了项目工程概况、主要技术标准、桥梁标准节段截面设计、节段划分、预应力设计、剪力键设计、节段拼装施工过程等设计方案;根据目前胶接缝数值方法的不足,并考虑环氧树脂胶缝对桥梁结构的影响,提出采用环氧树脂胶-混凝土复合单元模拟节段梁间胶缝,建立桥梁有限元模型,进行了结构验算。计算结果表明,各工况下主梁结构强度、节段梁的刚度与残余徐变位移、胶接缝应力、强度与抗裂性等均满足规范要求,郑许市域铁路高架桥节段预制胶拼桥梁设计方案合理,可为节段拼装桥梁在市域铁路工程中的应用提供参考。

桥梁下部结构施工中节段预制拼装技术的混凝土无损检测研究

针对桥梁下部结构施工中混凝土损耗极为严重的问题,提出了一种节段预制拼装技术,旨在解决桥梁下部结构施工过程中混凝土致密度不高以及耐久性弱的问题。论文对节段预制拼装技术的混凝土无损检测结果进行分析,结果表明:采用节段预制拼装技术的28 d龄期的混凝土结构和56 d龄期的混凝土结构的温度、表面透气性、混凝土的电阻率、混凝土含水率均能够达到混凝土无损检测标准。

跨河大桥预制节段逐跨拼装施工控制探析

为了解预制节段逐跨拼装施工技术在跨河桥梁施工中的应用效果,以某跨河桥梁引桥为例,首先简述了预制节段逐跨拼装工艺原理;然后,通过开展预制节段逐跨拼装工艺试验,确定了临时预应力张拉、环氧树脂胶选用、预应力管道成孔施工、真空压浆等工艺参数;最后对包括架桥机组装、节段试拼和吊装、环氧树脂胶涂抹、临时预应力张拉、整跨调整及体系转换在内的施工要点展开分析探讨。结果表明,与常规满堂支架现浇技术相比,预制节段逐跨拼装技术环境效益与经济效益显著,可在各类桥型中推广应用。

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。

基于短线法施工的节段箱梁预制拼装及线形控制研究

本文以某在建的15跨简支等截面箱梁桥为工程背景,介绍了短线法线性控制的基本原理和短线法施工的具体流程,并采用有限元模型分析了线形控制中的常见误差影响。研究表明:预应力张拉控制应力和主梁自重变化对节段预制箱梁拼装的桥梁主梁线形影响较大,而节段箱梁的存梁时间对其影响较小,并对线形误差提出了对应的控制措施。其研究结果可为同类桥梁的施工提供一定的建议。