肯尼亚内罗毕快速路预制装配桥墩构造设计

肯尼亚内罗毕快速路项目是“一带一路”重要工程之一,是东非地区首次采用预制装配桥墩设计与施工的示范项目。结合项目的建设条件和特点,总结适用于当地城市高架桥预制装配桥墩的设计思路与要点,对构件连接方式进行研究和比选,同时对预制装配桥墩和传统现浇桥墩工程经济效益进行对比。对后续东非地区城市高架桥的建设具有参考意义。

锥套锁紧连接预制装配桥墩抗震性能试验研究

节段有效连接是保证预制装配桥墩正常使用的关键。锥套锁紧连接是一种新型钢筋连接形式,操作简便,连接高效,但尚无应用于预制装配桥墩的详细研究资料。以某拟建轨道交通高架桥梁预制装配桥墩为工程背景,考虑现浇连接(CIP),锥套锁紧连接(TS)和套筒灌浆连接(GS)3种方式,设计制作了3个1︰3的桥墩缩尺试验模型,完成了拟静力试验和数值仿真分析,对比了不同连接方式桥墩的破坏形式、承载能力、刚度退化和自恢复能力。研究结果表明:锥套锁紧连接应用于预制装配桥墩,其等同现浇程度显著优于套筒灌浆连接。3种连接方式的试件最终破坏形态均为典型弯曲破坏,表现为墩身与承台接缝处的裂缝贯通以及柱角区域混凝土压溃,但现浇连接和锥套锁紧连接试件的裂缝沿墩身基本呈环向均匀分布,套筒灌浆连接试件的裂缝较为集中于套筒连接区段接缝处。锥套锁紧连接试件承载能力、塑性转动能力基本等同现浇,残余位移和自恢复能力次之,耗能能力最差;套筒灌浆连接试件的承载能力和耗能能力较前二者都高,其中承载能力较锥套锁紧连接提升了34.3%,但延性系数降低了23.8%。相比于增大恒载轴压比,增大墩身纵筋配筋率可有效提升锥套锁紧连接试件耗能能力和承载能力,同时较小程度损失试件的延性和自恢复能力。研究成果为锥套锁紧连接预制装配桥墩的设计和应用提供了详细技术参考。

螺纹钢法兰连接预制装配桥墩抗震性能研究

为研究在水平荷载作用下螺纹钢法兰连接预制装配桥墩的抗震性能,设计制作一个整体现浇桥墩、两个分别采用承插式和非承插式方案的螺纹钢法兰连接预制桥墩。通过开展拟静力加载试验,对比研究螺纹钢法兰连接预制装配桥墩与整体现浇桥墩的破坏模式、荷载-位移曲线特征。基于试验,建立三个桥墩的有限元数值模型与试验进行对比,两者结果吻合较好。研究结果表明:螺纹钢法兰连接预制装配桥墩的水平承载力均能达到整体现浇桥墩的水平;预制装配桥墩最终在法兰与墩柱交界面上部形成塑性铰,相较于整体现浇桥墩上移一个法兰高度;螺纹钢法兰连接预制装配桥墩的残余位移要比整体现浇桥墩小,具有一定的自复位能力;采用承插式方案的预制装配桥墩耗能能力和位移延性最好,且具有较高的初始刚度,而非承插式连接预制装配桥墩的耗能能力和延性最差,刚度最小;相比较而言,承插式螺纹钢法兰连接预制装配桥墩整体性和抗震性能均优于非承插式螺纹钢法兰连接预制装配桥墩。基于上述结果,可对螺纹钢法兰连接预制装配桥墩的设计和应用提供参考。

等同现浇预制装配桥墩抗震性能研究综述

预制装配式桥墩已广泛应用于国内外低震区的公路及城市桥梁工程中,为促进预制桥墩在强震地区的应用,针对国内外等同现浇预制装配式钢筋混凝土桥墩的相关研究与工程应用展开系统总结和分析.从连接技术、抗震性能及工程应用3个方面介绍了基于灌浆套筒、灌浆波纹管和承插式连接的预制装配钢筋混凝土桥墩的发展现状,指出预制装配式桥梁的未来发展趋势.分析表明,等同现浇的预制装配式桥墩与现行设计规范可方便地衔接,更易于在工程应用中推广;灌浆套筒布置在塑性铰区时,其抗震机理、塑性铰长度与普通现浇桥墩略有不同,应重点关注;灌浆波纹管连接和承插式连接预制桥墩在保证可靠连接的基础上可用于强震区;高性能化、轻型化、高韧性及技术高适应性是未来预制装配式桥墩的重点发展方向.

承插连接预制装配桥墩节点抗震性能研究

为满足快速发展的国民经济对交通基础设施的需求,加速桥梁建造技术成为了桥梁工程的发展方向。预制装配桥墩节点的连接形式和抗震性能成为限制加速桥梁建造技术工程推广应用的关键问题。有鉴于此,本文以北京某高速公路工程为工程依托,提出UHPC灌浆墩柱-承台承插连接节点形式,承插区域增设剪力键。设计1∶3的缩尺模型,考虑0.8倍柱宽和1.0倍柱宽承插深度,开展墩柱-承台节点试件的拟静力试验研究,揭示节点损伤发展和失效模式,并对比承插深度对其抗震性能指标的影响规律,基于试验结果建立数值模型并开展参数分析。研究表明:0.8倍柱宽的承插深度即可保证桥墩形成塑性铰,承台保持弹性状态,节点连接获得良好的抗震性能;增大承插深度和轴压比均可提升节点承载能力,承插深度不足会使混凝土损伤发生在墩柱承插部分。

采用大直径灌浆套筒连接的预制桥墩抗震性能研究

为探究墩台处采用大直径灌浆套筒连接的预制装配式桥墩抗震性能,进行拟静力试验及有限元分析。设计、制作2个采用大直径灌浆套筒(主筋直径40 mm)连接的预制装配式桥墩(预制桥墩)及1个现浇桥墩开展拟静力试验,对2类试件的试验现象、破坏形态、滞回曲线和承载能力进行对比分析,并采用有限元法对预制桥墩混凝土、套筒及连接钢筋的受力性能进行研究。试验结果表明:在水平循环荷载作用下,预制桥墩与现浇桥墩一致表现为弯剪破坏,但墩底区域破坏形式不同,现浇桥墩主要表现为柱脚混凝土大面积压碎,而预制桥墩的破坏现象更为严重,集中表现为套筒四周混凝土成块压碎剥落;相较于现浇桥墩,预制桥墩的承载能力平均值偏小5.2%,位移延性系数平均值偏小2.7%,预制桥墩力学性能与现浇桥墩相当。有限元分析结果表明:预制桥墩会在套筒顶部和桥墩底部出现2个塑性区,且预制桥墩中大直径灌浆套筒的受力状态以轴向受力为主,按照轴向受力进行套筒设计可满足其在桥墩结构中的受力要求;预制桥墩在墩底混凝土破坏后,其主筋和灌浆料仍保持可靠粘结,采用大直径灌浆套筒连接的预制桥墩抗震性能良好。

新型预应力装配式桥墩抗震性能分析

预制拼装技术通过工厂化预制和现场快速拼装,可实现桥梁结构高质量、高效率和生态化建造,是我国今后桥梁建造技术发展的重点方向。本文提出了一种新型预应力装配式桥墩结构,其具备整体现浇和预制拼接墩柱的优点。本文采用有限元软件Abaqus建立精细化模型,通过低周往复加载,分析了新型桥墩的力学性能。结果表明:提出的新型拼接桥墩具有良好的承载性能和耗能性能。新型拼接桥墩的强度和刚度与普通钢筋混凝土桥墩基本一致,且耗能性能明显优于预应力筋穿过塑性铰区的桥墩。

预制混凝土装配式桥梁墩柱体系

预制拼装桥梁墩柱具有建设效率高,质量好等优势,具有广阔的应用前景。本文从预制装配式桥墩的发展与应用,预应力装配式桥墩结构力学性能研究等方面对装配式墩柱体系进行梳理总结。在此基础上,提出了一种新型自锚固预应力装配式墩柱结构,同时对该新型墩柱结构在应用过程中需要开展的技术研究提出了展望。新型预应力装配式墩柱具有抗震耗能能力好,施工快速等优点,可为预制拼接桥墩的工程设计提供参考。

预制装配式桥墩连接关键技术及工程应用

预制装配式桥墩在国内外中低地震区的公路桥梁及城市桥梁工程中已有越来越多的应用,成为桥梁工程建设领域的重要发展方向。首先介绍了预制装配式桥墩的相关技术背景,然后综述了当前国内外常用预制装配式桥墩连接关键技术及其研究进展情况,总结了装配式桥墩在国内外全预制装配式桥梁建设中的应用情况并简要介绍了典型工程案例,最后分析了预制装配式桥墩的发展态势。分析表明,灌浆套筒连接、灌浆波纹管连接以及承插式连接是目前研究和应用最成熟的预制装配式桥墩连接技术,预应力筋连接预制桥墩是值得期待的一种连接技术,值得引起更多关注;预制装配式桥墩在强震区的应用应在充分进行论证的基础上进行,有必要开展大比例尺甚至足尺试验研究以验证其在强震区的适用性;指出了预制装配式桥墩抗震设计及高性能抗震新体系、高性能轻量化预制桥墩、预制装配式桥墩与上部结构一体化建造智能装备及施工技术以及预制装配式桥墩耐久性等是预制装配式桥墩的重要发展方向及亟待解决的关键问题。该研究可为我国预制装配式桥墩连接技术发展及工程应用提供经验借鉴和参考。

基于法兰连接的离心式中空RC节段桥墩抗震性能试验研究

为了解决法兰连接在混凝土墩柱中应用时面临的连接方式难实现、受力机理不明确及抗震性能不清晰等问题,提出一种基于法兰连接的离心式中空钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)节段桥墩柱-柱节点拼装方案,从而进一步完善桥梁下部结构预制装配技术。依托于监利至江陵高速公路洪湖一号特大桥工程,设计制作了一个高度为5.6 m的1:1足尺模型墩柱试件,并开展了拟静力试验和数值模拟分析以研究其抗震性能和破坏模式。基于屈服线理论和T形连接节点模型,分析了法兰端板和螺栓受力机理,建立了法兰连接节点的抗弯能力计算模型。结果表明,将法兰节点设置在最不利受力位置即墩柱底部塑性铰区时,基于法兰连接的离心式中空RC节段桥墩在弹性阶段的力学性能仍接近传统现浇墩柱,且满足低烈度区实际工程中的抗震设计要求。但桥墩屈服后在连接节点处发生破坏,说明其耗能能力具有一定的局限性,因此对于中高烈度区应用需开展进一步的研究。所建立的节点受力模型合理地解释了节点破坏的原因,并据此推出了一套该法兰连接节点端板厚度和钢筋直径的设计流程,为未来在中高烈度区应用提供设计建议。

UHPC后浇连接的预制墩柱抗震性能研究

随着中国城市化进程的加快,采用标准化的预制装配施工已成为一种趋势。而预制装配桥墩以其节能环保、质量可靠、劳动力要求低等优点在各类桥梁建造中已得到广泛应用。但预制拼装桥墩仍存在着一些问题,如构造措施复杂、施工精度要求高,导致施工效率降低、质量不易保证等。针对这些问题提出一种基于后浇UHPC的预制拼装墩柱的简易连接方式,并设置3种不同连接方式的墩柱,对其开展了拟静力试验,描述、对比分析了3种墩柱的破坏现象、滞回特性、耗能能力等。试验结果表明,UHPC连接墩柱比其他2种连接方式墩柱损伤程度低,峰值承载力比承插式连接墩柱高11%,比波纹管连接墩柱高27%,极限位移和累计耗能约为其他2个墩柱的1.5倍。

钢管连接卯榫接缝预制拼装桥墩抗震性能分析

由于预制拼装桥墩在地震作用下易发生侧向滑移,但针对该现象给出解决方案比较少,提出钢管连接卯榫接缝预制拼装桥墩结构,其中卯榫接缝防止节段桥墩发生侧向滑移,钢管可作为耗能装置并兼具预应力钢筋的孔道。通过拟静力研究了恒载轴压比、预应力度以及连接钢管壁厚对预制装配桥墩抗震性能影响的规律,动力时程分析对该结构进行有效验证。研究表明:恒载轴压比提高了桥墩的侧向承载力,桥墩的延性越来越小,桥墩的残余位移会略微增加;随着预应力度增加桥墩的耗能能力也随之增大但桥墩的自恢复能力变强,桥墩墩身底部设置连接钢管,桥墩的耗能能力和侧向承载力增加;在地震作用下,墩身设置连接钢管桥墩的整体性要优于其他两者,墩底剪力和耗能能力都有相应地提高。

中空夹层预制装配式桥墩的抗震性能

提出一种中空夹层预制装配式桥墩,设计基于灌浆套筒连接的中空夹层预制装配式桥墩试件,采用拟静力试验对其抗震性能进行研究。研究结果表明:在低周循环往复荷载作用下,中空夹层预制装配式桥墩荷载-位移滞回曲线较为饱满,加载后期均出现较明显的捏拢效应,水平承载力峰值与普通装配式桥墩相当;预埋中空钢管使新型中空夹层预制装配式桥墩的屈服位移、屈服荷载较普通预制装配式桥墩分别提高8.3%和3.7%,墩身初始切线刚度减小约6.4%,增大了加载初期的墩身柔度,有利于桥墩耗能;在低周循环往复荷载作用下,中空夹层预制装配式桥墩墩身曲率在墩底接缝及刚度变化截面具有较为明显的突变,与普通预制装配式桥墩类似,中空夹层预制装配式桥墩和普通预制装配式桥墩主要受力纵筋最终均接近或达到屈服,塑性铰区上移明显;对比两类桥墩耗能曲线、刚度退化曲线和残余位移曲线,中空夹层预制装配式桥墩最终耗能曲线峰值较普通装配式桥墩提高约22%,刚度退化趋势基本一致,在达到屈服位移后有更大的残余位移,墩身变形能力较普通预制装配式桥墩更好。中空夹层预制装配式桥墩可充分发挥钢管变形能力强、刚度退化慢等优势,墩身钢筋混凝土与中空钢管协同工作,共同承受荷载,减轻墩身质量的同时表现出良好的抗震性能。