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。

车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤分析与评估

为合理评估车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤状态,研究适用于预制拼装桥墩的受撞损伤评估方法。建立车辆撞击桥墩三维有限元模型并进行桥墩损伤分析,通过与试验结果对比验证桥墩与车辆模型的准确性。分析不同参数下预制节段拼装桥墩受撞的位移响应和损伤破坏特征,并研究残余位移与截面损伤的变化规律。提出考虑残余位移和截面损伤的预制节段拼装桥墩受撞损伤评估指标,对桥墩进行损伤等级划分并确定各损伤等级指标界限值。研究结果表明:试验范围内桥墩位移响应对车辆初始撞击能量和轴压比变化最为敏感;车撞下预制节段拼装桥墩损伤集中于直接受撞击节段;桥墩受撞处残余位移和截面损伤率越大,其受撞后损伤越严重;考虑残余位移和截面损伤的桥墩损伤评估方法可准确评估车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤状态。

高速铁路桥梁预制节段拼装桥墩抗震性能分析

为研究预制节段拼装桥墩在高烈度区的应用,依托某高速铁路桥墩,分别建立现浇墩(MRC)和预制节段拼装桥墩(PSBC)有限元模型并进行试验验证。通过增量动力分析,对比分析MRC和PSBC抗震性能,研究在设计地震、罕遇地震及极大地震作用下,预制节段拼装桥墩耗能钢筋配筋率、混凝土强度和预应力筋布置位置等主要设计参数对其墩顶位移、残余位移、接缝张开相对位移和弯矩曲率等抗震指标的影响。研究结果表明:MRC在各地震动作用下的弯矩-曲率滞回曲线较为饱满,地震波能量较大时,PSBC滞回曲线的捏缩现象显著,与MRC区别较大,以极大地震动为例,MRC墩底最大弯矩约比PSBC大15%,最大曲率约为PSBC的3倍。在地震作用下,PSBC墩顶位移大于MRC,残余位移、弯矩和曲率小于MRC。增大耗能钢筋配筋率、提高混凝土强度和分散布置预应力筋,均可有效减小PSBC墩顶位移、残余位移和墩底接缝张开相对位移。提高混凝土强度对残余位移影响较大,对墩顶位移、墩底接缝张开相对位移及弯矩影响较小。在设计地震作用下,各抗震指标变化不明显。罕遇地震作用下,耗能钢筋配筋率由1%提高到1.68%,墩顶位移、残余位移和接缝张开相对位移分别减少6%,13%,14%。混凝土强度提高20%,残余位移减少约44%。相对于集中布置,预应力筋分散布置的墩顶位移和接缝张开相对位移分别减少6%和22%。

SRP加固预制节段拼装桥墩在车辆撞击下的动态响应

为了减轻车辆对预制节段拼装桥墩的撞击作用,采用高强钢丝织物复合材料(Steel Reinforced Polymer,SRP)加固预制节段拼装桥墩并进行数值模拟与分析。使用LS-DYNA建立预制节段拼装桥墩受冲击的数值模型,并与已有实验数据对比,验证了该数值模拟方法的准确性。在相同车辆撞击条件下,对比分析了RC墩与SRP加固墩撞击力时程曲线、侧向位移和墩身损坏情况。以SRP加固位置、SRP包裹层数和初始预应力水平为变量,研究其对车辆-桥墩接触面撞击力和桥墩变形的影响规律。研究结果表明:采用SRP对预制节段拼装桥墩进行合理加固,可以有效减小接触面撞击力、墩身位移和桥墩损伤;在桥墩底部及接缝处采用SRP加固对墩身具有更好的保护作用;SRP包裹层数由1层增加到3层可以更好地限制墩身位移变形。

基于数值模拟对预制节段拼装桥墩抗震性能研究

为研究桥梁工程中预制节段拼装桥墩的抗震性能,通过ABAQUS有限元软件建立三维模型,对桥梁工程中有粘结预应力钢筋预制节段拼装墩柱与无粘结预应力钢筋预制节段拼装墩柱进行研究,研究结果表明:对预应力钢筋进行粘结处理能提高墩柱的刚度及抗侧力,并且能使墩柱核心区的混凝土应力应变范围增大,对于低烈度地区可采用有粘接的预应力拼装墩柱。

预制混凝土节段拼装桥墩抗车撞性能数值研究

预制节段拼装桥墩存在施工周期短,对交通和环境影响小等优势。随着经济的快速发展和城市化进程的加快,车辆撞击桥墩的事件增加,在极端情况下可能还会导致桥梁整体倒塌。然而,关于这种结构形式的抗车辆撞击性能研究仍较为匮乏,因此,非常有必要开展这方面的研究。该文基于显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA对车辆撞击预制混凝土节段拼装桥墩开展数值模拟工作,在保证数值模型合理性与准确性的基础上,探究几何与构造等因素对节段拼装桥墩抗车辆撞击性能的影响,具体包括截面类型、预应力筋以及剪力键布置等。结果表明:圆形截面相比于方形截面具有更好的抗车辆撞击性能;周边布置预应力筋相较于中心布置能够给节段拼装桥墩提供更好的抗车辆撞击性能;圆柱形混凝土剪力键能够通过提高节段拼装桥墩的整体性来提升节段拼装桥墩的抗车辆撞击性能。基于研究结果的综合考虑,对于实际工程应用问题,应将预制拼装桥墩按圆形截面设计,并采用周边布置预应力筋及节段中心布置剪力键的形式。

不锈钢筋-FRP筋混合配筋预制节段桥墩抗震性能研究

为解决沿海环境中钢筋易锈蚀的问题,结合节段拼装桥墩的快速建造技术,设计了一种配置2304不锈钢筋和GFRP筋的混合配筋形式的节段预制拼装桥墩.通过ABAQUS有限元软件建立了混合配筋桥墩的数值仿真模型,分析了其在低周往复荷载作用下的滞回性能,并通过与试验结果对比验证了有限元模型的正确性.采用该有限元模型进一步探究了GFRP筋的无粘结段长度比例、轴压比、剪跨比对节段拼装桥墩抗震性能的影响.数值计算结果表明:随着GFRP筋无粘结段长度减小,节段拼装桥墩的承载力提高.无粘结段长度越长,GFRP筋的局部应力越小,位移延性越好,但是墩柱的耗能变小.建议GFRP筋的无粘结段长度在40%~80%之间,以保证桥墩具备良好的抗震性能,避免GFRP筋应力集中发生突然断裂.通过增加轴压比,试件承载力增幅不明显;试件剪跨比从4.5增大为9.5,试件水平承载力降低63%.为后续后张预应力混合配筋桥墩的抗震性能试验研究奠定基础.

UHPC连接预制节段桥墩抗震性能拟静力试验研究

为提高桥墩建造速度和墩柱损伤容限、优化预制节段拼装桥墩的力学性能,提出一种使用超高性能混凝土(UHPC)灌浆料的预制节段连接方式。设计整体现浇试件和UHPC连接预制节段试件开展拟静力试验,对比分析节点的破坏机理以及桥墩的拟静力指标,研究UHPC连接预制节段桥墩抗震性能。结果表明:两试件破坏形态均为弯曲变形为主的延性破坏,但损伤过程差异较大。UHPC在预制节段连接中充分发挥力学性能优势,增强墩柱局部刚度,塑性铰移至下节段UHPC上部接缝附近,在往复荷载作用下墩底接缝持续张开闭合参与耗能,破坏时仅在墩底柱角和接缝处出现少量UHPC剥落现象;装配式试件滞回曲线较饱满,其最大承载力和初始刚度与整体式试件基本一致,二者屈服荷载和极限荷载差值均不超过6%,而屈服位移和极限位移差值分别达到14.49%、17.80%,装配式试件延性系数远大于整体式试件;相比于整体式试件,装配式试件具有更好的刚度保持能力,并且加载后残余变形更小,说明采用UHPC进行节段连接可以有效约束和保护核心混凝土及纵筋,增大桥墩损伤容限;装配式试件耗能能力存在不足,在偏移率为4.65%时仅为整体式试件耗能的73.28%。

节段预制拼装桥墩抗震性能研究情况分析

介绍了节段预制拼装桥墩应用现状及抗震性能研究进展,总结概述了各种桥墩试件的抗震性能参数和影响节段拼装桥墩抗震性能的主要因素,简要概括了为解决节段预制拼装混凝土桥墩接缝处易发生破坏的问题而提出的几种节段间连接装置,为研究人员对节段预制拼装桥墩的抗震性能研究提供参考。

高强钢筋增强节段拼装桥墩抗震性能分析

为实现预制节段拼装桥墩(PSBC)地震动力响应与震后残余位移的同步控制,提出以高强钢筋替代传统PSBC中普通贯通钢筋的新方案。为验证该方案的有效性,对比分析配置普通热轧带肋钢筋HRB400、HRB500和精轧螺纹钢筋PSB785的PSBC模型的抗震性能。首先,提出了PSBC纤维模型建模方法,并将数值模拟结果与前人试验及本文作者试验结果进行对比,验证了建模方法的有效性。然后,针对上述3类PSBC模型开展单调加载分析、滞回分析及动力时程分析,对比各模型的位移延性、耗能能力、地震最大位移反应及震后残余位移。结果表明:将PSBC贯通钢筋由常用的HRB400改为PSB785型精轧螺纹钢筋,可在地震时最大位移基本不变的前提下显著减小震后残余位移。因此,建议PSBC贯通钢筋优先选用PSB785型精轧螺纹钢筋,藉此综合提高PSBC抗震性能和自复位能力。

超高强-普通钢筋混合配筋节段拼装桥墩抗震性能分析

为实现预制节段拼装桥墩(PSBC)震时动力性能与震后功能性的同步提高,提出将超高强钢筋与普通钢筋同时作为贯通各节段的纵向主筋,并通过拟静力试验初步验证了该混合配筋PSBC设计理念的有效性。在试验研究基础上,建立混合配筋PSBC纤维模型,开展有限元分析,揭示超高强钢筋屈服强度和混配比例对此新型桥墩抗震性能与自复位能力的影响规律。研究结果表明,在PSBC中混合配置超高强的精轧螺纹钢筋与普通热轧带肋钢筋,可有效提高PSBC的自复位能力和位移延性,并保持滞回耗能能力基本不变。

内置SMA杆节段拼装桥墩抗震性能分析

为研究超弹性材料SMA在预制节段拼装桥墩中的应用和抗震性能,基于SMA材料循环拉伸试验和预制节段拼装自复位桥墩试验,运用OpenSees有限元软件建立内置SMA杆预制节段拼装自复位(Shape memory alloy self-Centering,SMA-SC)桥墩数值模型,通过拟静力分析,对比RC柱和含耗能钢筋自复位(Energydissipation bars self-Centering, ED-SC)桥墩的骨架曲线、残余位移曲线、耗能曲线,揭示内置SMA杆自复位桥墩具有较小的残余位移和良好的耗能能力。

预应力连接预制节段桥墩拟静力试验数值仿真分析

预应力连接预制节段桥墩已在美国低震区桥梁中得到较多应用,但在我国的工程应用甚少。由于预制节段桥墩的震害资料缺乏,震害经验不足,且其抗震机理不明确、设计方法不完善,在强震区较少应用。该文基于预应力连接预制节段墩柱缩尺模型的拟静力往复试验测试,采用有限元分析软件ABAQUS建立其精细化数值模型,进行了单向、斜向往复荷载作用下墩柱拟静力试验数值仿真,将桥墩的损伤特征、滞回行为、墩内竖向预应力和预制节段间接缝开口量与试验测试结果进行了对比分析。结果表明:该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,试验和模拟结果均表明斜向加载的预制节段墩柱较单向加载的构件损伤更为严重,构件屈服更早,残余位移较大,墩柱最大偏移率达4%时其残余偏移率已超过1%。常规设计中桥墩按纵桥向或横桥向单向抗震设计偏于不保守,特别是考虑震后功能可恢复或可修复时建议考虑多向地震作用影响。

自复位预制节段钢管混凝土桥墩拟静力试验数值仿真

为提高桥墩建造效率、降低桥墩局部损伤,将钢管混凝土(concrete filled steel tubular, CFST)用于预制桥墩节段,发展基于可恢复功能的自复位预制节段拼装钢管混凝土桥墩.在后张预应力预制节段拼装钢管混凝土桥墩缩尺模型的低周往复试验的基础上,基于ABAQUS软件建立自复位桥墩三维有限元数值仿真模型,利用试验结果验证数值模型的有效性.研究和分析水平拟静力往复加载下自复位预制节段拼装钢管混凝土桥墩的力学行为和抗震性能.研究结果表明:本文基于ABAQUS软件建立的三维有限元数值模型可以较好地体现自复位节段桥墩的局部损伤和非线性往复滞回力学行为.自复位节段拼装钢管混凝土桥墩的力-位移曲线为明显的旗帜形态.墩顶最大偏移率超过5.0%时,桥墩仍具有良好的自复位能力.轴心预应力筋张拉力随水平加载位移基本呈线性增加,加载结束后出现明显的预应力损失.墩底节段局部钢管发生屈服,但上部节段未出现明显局部屈曲现象.

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。

节段预制拼装桥墩接缝承载能力的影响因素分析

为了分析节段式桥墩接缝承载能力的影响因素,建立了节段式桥墩受力性能的数值分析方法,对可能影响接缝承载能力的轴压力、配箍率、预应力筋初始张拉应力及砂浆层强度等因素进行了全面的参数分析。研究结果表明:采用数值分析方法可以较为满意地反映出节段式桥墩在压弯剪耦合作用下不同阶段的受力特点;当设计轴压比由13%增大到33%时,普通钢筋配筋桥墩接缝承载力提高40. 3%,钢绞线配筋桥墩接缝承载力提高17. 8%;增大预应力筋有效应力可以较小程度地增大接缝承载力;当砂浆层强度等级由C80降低到C40时,接缝承载力降低19. 7%。