爆炸荷载下高性能混凝土防护钢筋混凝土矩形墩动态力学响应研究

为揭示高性能混凝土(High-Performance Concrete,HPC)防护钢筋混凝土矩形墩在爆炸冲击荷载作用下的动态力学响应及损伤机理,以某跨大堤连续刚构桥钢筋混凝土矩形墩为研究对象进行有限元分析。基于K&C和C&S材料动态本构模型,采用ANSYS/LS-DYNA建立HPC防护前、后的钢筋混凝土矩形墩数值分析模型,对比分析爆炸荷载作用下HPC防护前、后钢筋混凝土矩形墩的动态力学响应,研究防护层厚度(20、30、40 cm)、TNT当量(275、300、325、350 kg)、TNT爆炸距离(10、9、8.5 m)对桥墩抗爆性能的影响。结果表明:HPC防护层能够提升钢筋混凝土矩形墩抗爆性能;采用40 cm厚防护层时,桥墩未出现大面积损伤;TNT当量是影响桥墩损伤特征的重要因素,TNT当量增至350 kg时,桥墩变形、箍筋及主筋应力均显著增加;同等防护条件下,桥墩损伤区域随TNT爆炸距离的减小而显著增加。进行桥墩抗爆防护设计时,应以TNT当量和TNT爆炸距离等条件为基础,设置合理的设防目标。

弯剪破坏钢筋混凝土矩形墩滞回模型

为建立针对弯剪破坏钢筋混凝土矩形墩的滞回模型,基于既有试验结果,提出了桥墩破坏模式判别准则。基于Ibarra-Medina-Krawinkler模型,将弯剪破坏矩形墩骨架曲线简化成4段,推导出相应的解析计算公式。在滞回规则中引入捏拢效应参数和滞回性能退化参数,用于描述弯剪破坏桥墩的捏拢效应和滞回性能退化。利用低周反复加载试验,验证骨架曲线计算方法的正确性,给出了捏拢效应参数和滞回性能退化参数关于剪跨比的取值方法。利用振动台试验,对建议的滞回模型进行了验证。研究结果表明:利用剪跨比和体积配箍率构成的判别准则能够有效判别出钢筋混凝土矩形墩的破坏模式,按照现行规范规定执行,能够保证矩形墩不发生剪切破坏,但仍存在发生弯剪破坏的可能性;所提计算方法提供的骨架曲线与试验结果吻合较好;建议当剪跨比小于2时,捏拢效应参数取0.5,滞回性能退化参数取600;当剪跨比大于3时,捏拢效应参数取0.8,滞回性能退化参数取1 000;当剪跨比介于2和3之间时,捏拢效应参数和滞回性能退化参数进行线性插值。经验证利用建议的滞回模型计算动力响应时,计算结果与振动台试验结果整体上吻合较好。

钢筋混凝土矩形空心墩受剪承载力研究

为准确计算钢筋混凝土矩形空心墩受剪承载力,验证实心墩计算模型的适用性,本文基于桁架-拱模型建立了考虑位移延性需求的矩形空心墩受剪承载力计算模型。通过从国内外文献中收集的共22组矩形空心墩受剪试验数据,对比分析了已有模型与本文提出模型的适用性、有效性和准确性。结果表明:Priestley模型、Aschheim模型和Sezen模型均高估了矩形空心墩的受剪承载力;Kowalsky模型和JTG/T 2231-01-2020模型计算结果偏于保守;Shin模型计算高强混凝土矩形空心墩受剪承载力时偏于不安全,不同箍筋强度下计算结果离散性较大;本文所提出模型能较为准确地计算不同混凝土强度等级和不同箍筋强度等级矩形空心墩的受剪承载力,计算结果与试验结果吻合较好且离散性小。

矩形空心墩变形能力及塑性铰区约束箍筋用量

为研究空心截面桥墩的变形能力和塑性铰区约束箍筋用量,整理了71个矩形空心墩的抗震拟静力试验数据,总结了不同破坏形态下空心墩的变形能力和现有规范对保证空心墩延性抗震能力的可靠性,基于多元线性回归分析和相关分析讨论了影响空心墩变形能力的主要因素,基于Caltrans规范给出了矩形空心墩塑性铰区约束箍筋用量计算公式。研究发现:Caltrans规范和ACI规范对保证矩形空心墩的弯曲破坏形态和延性变形能力具有较高的可靠性,中国JTG/T B02-01—2008规范偏于不安全。矩形空心墩变形能力主要与塑性铰区配箍、纵筋配筋、壁厚和轴压比等因素有关,随箍筋、纵筋配筋和壁厚增加而增加,随轴压比增加而减少。