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。

钢筋混凝土墩柱弯剪数值模型对比研究

为探究弯剪和剪切破坏墩柱的抗震性能及反映墩柱弯剪破坏机制的数值分析模型,依据弯剪及剪切破坏墩柱的拟静力试验结果,考虑剪跨比和截面配箍率对墩柱抗剪及延性变形能力的影响,提出了剪切破坏时墩柱塑性铰区转角的计算公式,并与Leborgne公式及Ghannoum公式进行了比较;基于OpenSees数值分析平台,从截面层次和单元层次分别建立了考虑弹性剪切效应及弯剪耦合效应的两种精细化分析模型,以PEER数据库中试验墩柱结果进行了数值分析模型验证。结果表明:所提公式能更精确地监测墩柱剪切破坏发生时刻,考虑弯剪耦合效应的数值模型能较好地模拟钢筋混凝土墩柱抗剪强度、刚度退化及捏拢现象,与试验结果吻合较好;考虑弹性剪切效应的数值模型不能较好地体现剪切失效与刚度退化。

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。

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。

主余震序列波下钢筋混凝土墩柱的抗震性能分析

地震主震之后常常伴随着余震,可能给结构带来二次破坏。文章以普通钢筋混凝土墩柱为研究对象,基于理论分析和二维有限元非线性动力时程计算的方法,采用修正的Park-Ang损伤指标为依据,在主余震作用下对钢筋混凝土墩柱损伤分析,研究墩柱损伤指数随配筋率的变化规律。在多种工况下结构双参数损伤指数分析表明:在主震后处于完好或者轻微损伤状态的墩柱可以不计余震的影响;在主震后处于中等损伤或严重损伤的混凝土墩柱,需要考虑余震的影响。结构抗震设计时,应计入余震的作用,结构的主余震相应大小与余震的峰值加速度和频率特征有关;对主震造成中等损伤、严重损伤和倒塌的钢筋混凝土墩柱,配筋率在一定范围内增加可明显提高结构抗主震及其余震能力。本研究为提高钢筋混凝土墩柱抗余震能力提供有力支撑。

钢筋混凝土墩柱抗震变形能力研究进展及评述

为研究影响钢筋混凝土墩柱抗震变形能力的因素,分析了配箍特征值、轴压比、纵筋配筋、剪跨比、混凝土保护层厚度等5个因素对钢筋混凝土墩柱地震变形能力的影响,总结了以墩柱极限位移角作为变形能力衡量指标时,不同因素对墩柱变形能力的影响。相关结论可为未来的研究提供参考。

钢筋混凝土桥墩开裂刚度计算

以基本的力学理论为依据,对双筋矩形截面混凝土墩柱的受力模式进行简化,通过力学平衡方程,从理论上分析了墩柱受力过程中开裂区域的刚度。在此基础上,引入了三段式的概念,并通过三段式思想推算出截面刚度的简化公式。根据简化公式计算出力-位移曲线,继而推算出混凝土墩柱整体刚度。

浅谈墩柱钢筋混凝土施工中保护层厚度的控制

本文从墩柱混凝土保护层的作用、保护层厚度不合格原因、采取的措施等方面对墩柱钢筋混凝土保护层进行了阐述。

弯剪破坏钢筋混凝土桥墩的变形能力分析

文章整理了美国PEER柱抗震性能试验数据库中发生弯剪破坏的20根矩形截面钢筋混凝土墩柱的拟静力试验数据,识别了屈服位移角和极限位移角作为桥墩变形能力的量化指标,分析了影响弯剪破坏桥墩变形能力的主要因素,并建立各影响因素与变形能力之间的定量关系。结果表明,增大剪跨比、面积配箍率、纵筋配筋率或减小轴压比可增大弯剪破坏墩柱的屈服和极限位移角,对增大极限位移角的效果更明显,其中轴压比对其变形能力的影响最大。

形心轴附加弯矩对四周布筋混凝土墩柱整体受力的分析

以基本的力学理论为基础,简化了四周布筋混凝土桥墩的受力模式,推导出墩身截面的力学平衡方程及力矩平衡方程;分析了在受地震作用过程中桥墩墩身开裂截面形心轴的偏移情况;应用形心轴附加弯矩的概念,分析了形心轴附加弯矩产生的原因及其对墩柱受力和整体刚度的影响。研究表明:在一定程度上,形心轴附加弯矩能够抵消墩柱的部分侧向变形,能够抑制截面开裂、减缓刚度退化。建议在结构抗震分析中应考虑形心轴的附加弯矩。

基于弥散裂缝理念的墩柱塑性铰区抗剪强度模型

为避免强震作用下钢筋混凝土墩柱发生弯剪破坏,需准确量化墩柱塑性铰区抗剪强度。然而,现行规范和既有文献的抗剪模型普遍假定斜截面箍筋初始全部屈服、箍筋抗剪贡献随配箍率线性增大并与混凝土抗剪贡献直接相加,且对纵筋抗剪贡献重视不够,与实际弯剪损伤演化和试验规律不符。为此,借助弥散裂缝理念将钢筋混凝土视作一种新型均质材料,基于莫尔应力圆推导一种符合弯剪损伤演化且考虑混凝土、箍筋、轴力、纵筋、剪跨比及位移延性系数等因素的抗剪强度模型,并通过139个矩形墩柱试验数据进行标定和验证。结果表明:Eurocode 8模型过高估计了墩柱抗剪强度,Caltrans模型抗剪计算结果略微保守,而《公路桥梁抗震设计规范》(JTG/T 2231-01-2020)模型的抗剪计算值与试验值较接近;相比规范模型,建议抗剪强度模型具有更高的计算精度和更小的离散性,抗剪强度折减系数取0.85时的安全保证率达85%,可用于矩形墩柱塑性铰区的抗剪能力评估。

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。

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。

考虑混凝土抗拉的开裂截面墩柱的中性轴位置研究

以基本的力学理论为依据,对双筋矩形截面混凝土墩柱受力模式进行简化,通过力学平衡方程,从理论上分析了墩柱的受力过程,进而在考虑混凝土受拉的条件下,求解出墩柱开裂截面中性轴的位置.本文计算公式可适用于钢筋混凝土悬臂桥墩变形分析,对后期截面刚度的计算以及墩柱混凝土开裂前沿的求解也有一定的参考意义.

基于纤维梁柱单元的墩柱弹塑性性能数值分析模型

基于OpenSees开源平台,采用基于位移的纤维梁柱单元和零长度单元,建立了考虑钢筋混凝土墩柱塑性弯曲变形和粘结滑移效应的滞回推覆(Pushover)分析有限元模型,分析了塑性铰区单元长度对墩柱弹塑性性能数值模拟结果的影响,探讨了单元长度的合理取值,最后,基于美国PEER结构试验数据库中3个弯曲破坏的钢筋混凝土悬臂墩的拟静力试验结果,验证了数值模型的正确性。结果表明:采用基于位移的梁柱单元模拟钢筋混凝土墩柱弹塑性性能时,塑性铰区单元长度对其最大水平抗力和位移延性都有显著的影响;合理单元长度为等效塑性铰长度,而等效塑性铰长度可以采用Priestley等提出的经验公式计算。

双筋矩形截面混凝土墩柱的开裂前沿简化计算

基于力学理论,对双筋矩形截面混凝土墩柱受力模式进行简化,建立模型的力学平衡方程,并分析墩柱模型的受力过程及开裂机理.运用"三段式"方法,在考虑混凝土受拉的条件下,求解墩柱开裂截面中性轴的位置,得到混凝土抗力ΔP(z)沿墩身分布的函数表达式.计算结果可适用于钢筋混凝土悬臂桥墩变形分析,提出的"三段式"分析方法可以求出墩柱各截面刚度以及墩柱墩顶位移曲线,有助于钢筋混凝土墩柱在复杂载荷作用下的开裂机理研究.