桥梁墩柱钢筋混凝土保护层厚度质量控制

桥梁工程是交通系统中重要组成部分,多为钢筋混凝土结构。该结构类型在使用中容易受到外界环境因素影响出现混凝土碳化、钢筋锈蚀等问题。为保证桥梁墩柱稳定安全,应合理控制其保护层厚度。为此,该文在明确桥梁墩柱施工特点及钢筋保护层重要性的基础上,以工程案例为研究对象,分析钢筋保护层施工技术要点及厚度质量控制方法,以期为施工人员提供参考。

以位移为基础的钢筋混凝土桥梁墩柱抗震设计方法

提出一种改进的以位移为基础的抗震设计方法 ;将结构位移和延性作为设计目标 ,用结构的弹性刚度作为等效刚度 ,在计及延性的非线性位移设计谱基础上进行钢筋混凝土墩柱的非线性抗震设计 ,设计过程不需要迭代 ,且能够实现期望的设计目标延性。通过对位移设计谱的讨论 ,并与文献 [4]的设计方法进行了比较。最后以桥梁墩柱为例 ,给出了这种方法的完整设计过程 。

公路桥梁钢筋混凝土墩柱位移延性研究

准确评估公路桥梁墩柱的位移延性能力,对于保证公路桥梁结构在地震作用下的安全性具有重要意义。应用有限元分析方法对不同设计参数的公路桥梁RC墩柱截面进行弯矩曲率分析,设计参数包括纵筋配筋率和轴压比等,得到不同设计参数墩柱的弯矩曲率曲线。通过面积相等原则确定等效屈服曲率,得到不同设计参数下的墩柱等效屈服曲率和极限曲率。通过对墩柱截面设计参数的影响因素分析,得到墩柱位移延性能力的主要影响因素。研究表明,墩柱的位移延性能力受约束混凝土极限应变、钢筋屈服应变、混凝土强度等级、轴压比及纵筋配筋率影响。其中,约束混凝土极限应变越大,墩柱的位移延性能力越强。增加箍筋体积配筋率,采用高强钢筋对提高墩柱位移延性能力都是有利的。相比而言,增大轴压比、纵筋配筋率以及提高混凝土强度等级会使得墩柱的位移延性能力降低。通过回归分析得到两类截面墩柱的受压区高度计算公式和等效屈服曲率计算公式,并与规范计算公式进行了比较。得到两类截面墩柱的位移延性系数的理论计算公式,为墩柱基于性能的抗震设计提供理论基础。

钢筋混凝土柱式墩落石冲击抗剪性能可靠性分析

建立一种基于可靠度理论的落石冲击作用下钢筋混凝土柱式桥墩抗剪性能可靠性分析方法。在数值分析方法可靠性验证基础上通过非线性有限元分析生成了60组落石-墩柱接触力时间过程数值样本,考虑等冲量和等峰值建立落石撞击荷载的简化半波正弦模型;以Priestley公式描述墩柱抗剪能力,以剪力破坏参数定义墩柱损伤等级,通过蒙特卡洛随机抽样得到各撞击强度下结构失效概率,进而得到易损性曲线,进行了落石质量、撞击速度、墩柱截面面积、混凝土轴心抗压强度和箍筋配筋率参数敏感性分析。结果表明,数值模型参数能够有效模拟钢筋混凝土构件落石冲击响应;相比于全局平均等效静力,峰值等效静力方法更适用于落石冲击荷载等效静力简化;落石质量和撞击速度增加不同程度增加墩柱抗剪失效概率,混凝土轴心抗压强度提高、墩柱截面面积增加和箍筋加密一定程度上降低墩柱各个等级损伤发生概率。

钢筋混凝土空心圆端墩柱截面弯曲承载力和延性的分析研究

针对空心圆端截面的形状和特征 ,提出了在箍筋约束作用下核心混凝土约束应力的分布和两个主轴方向极限状态控制点位置的确定准则 ;考虑了约束混凝土的应力 应变关系 ,通过分条方法对空心圆端截面的弯曲承载力和延性进行了分析研究 ;分析了轴压比、配箍率。

以位移为基础的钢筋混凝土桥梁墩柱抗震设计方法研究

对钢筋混凝土桥梁墩柱基于位移抗震设计方法进行了系统的研究,应用UC-Fyber截面分析软件对大量方形和圆形截面进行弯矩-曲率分析,给出了墩柱目标位移的实用计算方法。根据我国2008年版抗震新规范的加速度反应谱得到不同阻尼比时的弹性位移反应谱、不同延性系数时的非弹性位移反应谱及非弹性需求谱,给出了结合我国规范的位移需求3种简化计算方法。进行了3种位移需求简化方法的实例计算,对设计算例用非线性时程分析验证了设计结果。结果表明,桥梁墩柱的目标位移与混凝土强度等级、纵筋配筋率、墩高及截面形式等因素都是有关的;基于等效线性化方法和基于非弹性位移反应谱方法以设计反应谱为基础进行计算,既保证了目标位移的实现,也考虑了结构的安全需求;基于能力谱方法以图形显示设计具有简单直观的特征,但是pushover分析得到的结构能力谱曲线与实际情况仍然存在一定的差别。

BFRP模壳不排水加固RC墩柱恢复力模型

为研究玄武岩纤维增强聚合物(basalt fiber reinforced polymer, BFRP)模壳不排水加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)墩柱抗震恢复力模型,在拟静力试验基础上,采用OpenSees有限元软件对模壳加固墩柱进行数值分析,主要研究参数为填充层混凝土强度、模壳厚度、加固高度、轴压比。研究表明:填充层混凝土强度等级越高,墩柱抗震性能有所增强,但C40以上的填充层混凝土强度等级墩柱的抗震性能较为接近;模壳加固厚度较大墩柱的抗震性能优于厚度较小墩柱;当模壳加固高度较高时,墩柱的抗震性能较好,当加固高度大于2~3倍原墩柱塑性铰高度时,抗震性能提升效果趋于稳定;轴压比越大,墩柱的刚度退化较快,不利延性发展。后通过数据回归分析,建立了BFRP模壳加固RC墩柱恢复力模型,对比可知,恢复力模型与试验曲线拟合较好,能有效反映加固墩柱的滞回性能,可为此类结构的抗震性能分析提供参考。

经验知识监督的RC墩柱力学性能神经网络分析方法

基于试验或数值模拟的单一墩柱力学性能分析方法难以兼顾计算精度和效率,纯数据驱动的分析方法存在可解释性差和对数据依赖性强等问题。为此,本文通过研究钢筋混凝土(RC)墩柱力学性能试验数据、经验知识和机器学习的融合机制,提出了经验知识监督的RC墩柱力学性能神经网络(knowledge-guided neural network,KGNN)分析方法。首先,建立了包含761组RC墩柱拟静力试验样本的数据库;随后,基于经验知识分析了RC墩柱主要特征对其力学性能的影响规律,构建了相应的数学表征方法;最后,将RC墩柱试验数据及经验知识融入人工神经网络架构和训练过程,建立了高精度、可解释、可通用且不依赖大量训练数据的RC墩柱力学性能KGNN分析模型。本文提出的KGNN分析方法与纯数据驱动神经网络(BPNN)的结果对比表明:BPNN在测试集上表现更好,在分析墩柱承载力时均方根误差(E)和拟合系数(R^(2))分别为0.070和0.978,KGNN模型的E和R^(2)分别为0.108和0.942;但由于BPNN所预测的墩柱特征对承载力的影响规律与经验知识并不吻合,即未能准确反映墩柱特征与其力学性能间的关系,BPNN模型发生了过拟合;而KGNN方法不仅可以快速准确获得RC墩柱力学性能,且预测规律与经验知识吻合较好,具有更高的可靠性和实用性。因此,融合试验数据与经验知识的神经网络有望成为一种新的RC结构力学性能分析方法。

用外包钢筋混凝土法加固RC柱的非线性有限元分析

当今国内外建筑物加固改造业发展非常迅速,建筑业重心也正发生着转变。外包钢筋混凝土加固法是一种广泛应用且经济有效的加固方法。本文结合试验手段,利用非线性有限元方法对用外包钢筋混凝土加固柱正截面承载力进行了分析。分析过程中,采用混凝土Chen-Chen三参数模型和均匀硬化法则;采用了八节点等参混凝土单元、三节点等参钢筋单元;引入了双弹簧联结单元模拟钢筋和混凝土之间的粘结滑移;基于大量试验资料,认为新旧混凝土之间具有有效粘结,可以共同工作。编制了加固柱分析有限元程序,计算结果与试验结果符合较好。并初步探讨了加固时核心柱应力水平、外包混凝土的强度比和厚度比等因素对加固柱承载力的影响,为加固柱研究提供了参考。

基于MCFT的腐蚀RC矮墩柱数值模拟方法

采用电化学氯腐蚀的方法对5根剪跨比为2的RC矮墩柱进行室内加速腐蚀试验,并对其进行拟静力加载试验。根据试验结果分析了腐蚀损伤和轴压比对RC柱破坏过程、承载能力、变形能力和耗能能力的影响。通过理论推导,建立了基于MCFT(修正压力场理论)的考虑腐蚀损伤的钢筋混凝土剪切行为本构模型,进而提出了考虑弯-剪-滑移耦合效应的数值模拟方法。对比模拟结果和试验结果可知:采用该模拟方法得到的各柱试件的滞回曲线与实际滞回曲线符合较好,骨架曲线特征点及累积耗能值误差较小,表明该研究提出的考虑腐蚀的剪切行为本构及数值模拟方法可以较为准确地反映腐蚀RC矮墩柱的抗震性能,该研究成果可为腐蚀损伤在役RC墩柱的抗震性能评估奠定基础。

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)空间组合节点的有限元研究

节点是影响钢梁-钢筋混凝土柱(RCS)组合框架结构体系受力性能的关键部件。借助ABAQUS有限元分析软件,对RCS空间组合节点在静力荷载作用下的受力性能进行有限元分析。研究表明,通过合理设置参数,ABAQUS有限元软件能够模拟RCS梁柱节点在静力荷载作用下的性能,并与试验结果吻合较好。结合ABAQUS有限元模拟,比较了轴压比、混凝土强度、楼板厚度、楼板宽度等参数对RCS空间组合节点承载力和刚度的影响,并提出RCS组合结构设计建议。

国内外不同规范对弯剪破坏钢筋混凝土墩柱的受剪承载力计算比较

弯剪破坏作为地震作用下会发生的一种破坏方式,破坏过程较为复杂,各国对塑性铰区域受剪承载的研究也相对较少,针对此问题,借助美国PEER柱抗震性能试验数据库,统计分析了其中16根矩形截面发生弯剪破坏的拟静力试验墩柱的数据,对我国水利行业标准《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）、《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）、电力行业标准《水工混凝土结构设计规范》（DL/T5057-2009）及中国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中受剪承载力设计的可靠性进行了评价,并与欧、美相关设计规范进行对比分析。研究表明,轴压比在0.1～0.3之间的弯剪破坏墩柱,规范基本可满足承载力要求;而轴压比小于0.1或大于0.3的墩柱,在抗震设计时应予以注意。

基于ABAQUS的钢筋混凝土柱墩双塑性铰研究

为研究钢筋混凝土柱墩的抗震性能,进行了箱型截面混凝土柱墩水平双向往复拟静力试验,利用ABAQUS有限元分析软件在PQ-Fiber子程序的基础上进行了pushover数值模拟,模拟结果与实验基本吻合。在实验基础上截断部分钢筋进行双塑性铰的模型分析,表明可以在墩底形成双塑性铰,通过对比单双塑性铰柱墩的骨架曲线、滞回曲线、应变曲线等,表明双塑性铰柱墩承载力没有明显变化,而极限变形能力明显提高,桥墩的抗震能力得到增强。

局部腐蚀对钢筋混凝土墩柱力学性能退化影响数值模拟

为了探究局部腐蚀对钢筋混凝土(RC)墩柱的力学性能退化规律,本研究建立了局部腐蚀RC墩柱有限元模型,探讨不同目标腐蚀率下墩柱的力学性能退化规律,并与相关试验结果进行对比分析。考虑到箍筋腐蚀较主筋腐蚀严重的现象,共设计6个不同目标腐蚀率工况;有限元模型考虑了保护层混凝土锈胀开裂导致其强度折减影响,对腐蚀区域钢筋强度按质量损失率进行了折减,同时引入四节点粘结滑移单元考虑锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结性能退化影响。研究结果表明:本有限元模型可较准确模拟腐蚀对墩柱力学性能的影响,数值模拟结果与试验实测关于轴心受压柱的承载力最大相对误差为7.87%;RC墩柱承载力随局部钢筋腐蚀程度增加呈退化趋势,当主筋锈蚀率达20%时,RC墩柱轴压承载力和侧向承载力分别降低30.73%和5.87%。

预应力CFRP加固损伤钢筋混凝土墩柱的抗震性能试验研究

为了研究预应力CFRP加固初始损伤程度不同钢筋混凝土墩柱的抗震性能,设计并制作了4个钢筋混凝土墩柱试件,其中3个为带有不同预损伤的试件,1个为对比试件。对各损伤墩柱塑性铰区采用施加相同预应力的CFRP加固并进行低周反复荷载试验,获取各试件破坏过程和破坏特征。基于实测水平力-荷载滞回曲线、骨架曲线探讨了预应力CFRP加固对不同损伤程度钢筋混凝土墩柱的滞回性能、位移延性、耗能等重要抗震性能指标的影响。结果表明:使用预应力CFRP加固不同损伤程度的墩柱试件,损伤柱的承载能力、延性性能、滞回耗能等抗震性能均在一定范围内有所提高,提高程度随初始损伤的增大而减小;预应力CFRP加固损伤程度为轻度到中度的钢筋混凝土墩柱可以提高其安全储备。

地震作用下钢筋混凝土墩柱损伤指数计算方法

为研究钢筋混凝土墩柱损伤模型对实际损伤状态预测的有效性,利用72个钢筋混凝土墩柱的低周反复试验结果对6个有代表性的损伤模型进行了计算分析,利用定性和定量相结合的方法探究了基于损伤状态的经验性损伤程度辨识方法对损伤程度判别的影响。考虑钢筋混凝土墩柱的最大变形和累积耗能,提出了双参数损伤模型,并给出了理想破坏模式下模型参数的确定方法。基于统计分析方法,确定了钢筋混凝土墩柱的特征损伤状态和损伤程度区间。结果表明:在加载中前期,所提出的双参数损伤模型的损伤指数增长趋势与Park-Ang损伤模型基本一致;在加载后期,损伤指数快速增长,具有一定的合理性,对特征损伤状态的区分度相对较高;各损伤模型在钢筋混凝土墩柱的混凝土保护层轻微压碎、混凝土显著剥落、纵筋屈曲3种损伤状态下变异系数均较大,在极限状态下损伤指数变异系数有所下降,各损伤模型对特征损伤状态的辨识度各具优势;微小损伤状态与中等损伤的判断还需要一定的经验累积。

海燕大桥墩柱钢筋混凝土腐蚀检测及加固措施

钢筋混凝土结构物的耐久性是国内外关注的技术问题,钢筋腐蚀是影响混凝土耐久性的主要因素之一。以一座海滨桥梁—海燕大桥下部结构钢筋混凝土产生大量顺筋裂缝的工程实例,简要介绍对腐蚀的检测方法及加固技术措施。

桥梁墩柱钢筋混凝土保护层厚度质量控制要点

桥梁墩柱是桥梁工程的主要构成部分之一,墩柱质量直接影响到桥梁工程的整体质量。而加强桥梁墩柱钢筋混凝土保护层厚度质量控制,对桥梁工程质量的提升有很大的促进作用。文章分析了影响桥梁墩柱钢筋混凝土保护层厚度质量的因素,并在此基础上探讨了桥梁墩柱钢筋混凝土保护层厚度质量控制要点,以供相关人员参考。

钢筋混凝土分体柱的抗震机理

为揭示钢筋混凝土分体柱的抗震机理,在以前模型试验基础上,考虑隔板与单元柱之间的非线性接触及钢筋与混凝土之间的黏结滑移,数值模拟了钢筋混凝土分体柱的抗震性能。结果表明:分体柱可实现变短柱为“长”柱的设想;分体柱具有理想的变形能力和延性,延性系数达到4.0;分体柱的刚度随变形增加呈指数衰减,后期刚度退化较为缓和;分体柱具有较高的耗能能力,其耗能系数达1.44;隔板与单元柱的切向接触应力较小,可忽略隔板对单元柱的变形协调作用。进一步验证了钢筋混凝土分体柱具有理想的抗震性能,完善和发展了钢筋混凝土分体柱的设计理论和应用技术。

钢筋混凝土柱-钢梁组合框架节点研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合框架是一种新型组合结构体系,它充分地利用和发挥了钢和钢筋混凝土构件各自的优点,是一种低成本、高效率的结构形式。系统地介绍了RCS组合节点和组合框架的研究和应用背景,阐述了RCS组合节点和组合框架的国内外研究现状,重点评述了RCS组合节点的试验研究和数值模拟研究两个方面的进展情况,介绍了RCS组合节点的抗震性能。最后,指出了RCS组合框架结构研究存在的问题和今后的发展趋势。