高性能塑性铰RC墩柱损伤发展的数值模拟分析

为探究高性能塑性铰(HPH)钢筋混凝土(RC)墩柱(HPHRC墩柱)的损伤发展,基于该墩柱的伪静力试验相关数据,通过数值模拟分析了HPHRC墩柱在低周往复加载下关键部件的损伤发展及HPHRC墩柱的总体损伤发展。数值模拟分析表明:HPHRC墩柱在低周往复加载下,钢纤维混凝土(SFRC)壳壁有所损伤,核心区混凝土开裂较为严重,纵向钢筋存在较大塑性应变。需进行优化设计增强墩柱的抗震可恢复功能。

梯级CFRP筋多塑性铰混凝土桥墩抗震性能研究

基于CFRP筋的梯级配筋方式,对混凝土桥墩进行多塑性铰抗震设计。采用OpenSees程序建立桥墩数值模型,并通过拟静力数值模拟分析多塑性铰设计方法下桥墩的滞回性能。研究结果表明:相较于普通钢筋混凝土桥墩,多塑性铰桥墩具有更加良好的的滞回特性;与CFRP筋通长配筋桥墩相比,梯级CFRP筋桥墩的最大侧向承载能力和刚度却只有微小幅度的下降,但其墩顶极限位移、延性性能和累计耗能却有较大提高;桥墩中塑性铰数量越多,则桥墩的滞回性能越好。

塑性铰区ECC-CFST组合截面桥墩抗震性能数值分析

通过使用OpenSees有限元软件建立模型,对桥梁工程中既有的钢筋混凝土(Reinforced Concrete)桥墩体系作出改善,研究在塑性铰区使用ECC-CFST组合截面的抗震性能,探究一个合理的管径尺寸使其能够达到良好的抗震性能。研究结果表明:以方形墩身截面边长的1/3~1/2为标准选取的钢管埋入至桥墩的塑性铰区,改进后的RC桥墩体系中各个材料组成部分能够达到较为良好的抗震效果,钢管混凝土能够保持在弹性或者小变形范围内,钢管外侧的ECC也能充分利用其材料性能,实现良好的桥墩抗震韧性效果。

近场地震作用下钢筋混凝土高墩地震易损性分析

为研究公路桥梁中常用的空心薄壁钢筋混凝土高墩在近场地震作用下的易损性,以某高度为90 m的矩形空心薄壁钢筋混凝土高墩为研究对象,考虑桥墩本身随机变量和近场地震波的随机性,通过Open Sees软件进行增量动力非线性分析获得截面曲率响应最大值,并以墩身截面临界曲率值作为损伤指标,进行高墩地震易损性和塑性铰分析。研究结果表明:沿墩身高度方向,各截面顺桥向和横桥向临界曲率值的变化规律差别较大;高墩在顺桥向和横桥向近场地震动输入时发生严重损伤的概率均较小,顺桥向近场地震动输入时,墩底和墩身中上部区域均容易损伤并形成塑性铰,而横桥向近场地震动输入时,仅墩底区域最容易损伤形成塑性铰,墩身中上部区域的损伤概率较小;仅考虑近场地震波的随机性确定钢筋混凝土高墩塑性铰的形成区域时,会低估近场地震动作用下高墩塑性铰的分布区域和长度。

纵向地震下高速铁路桥梁圆端型实体墩塑性铰长度研究

以纵向地震下高速铁路桥梁圆端型实体墩为工程背景,将桥墩置于全桥体系中,利用弯矩曲率关系程序和有限元软件对桥梁进行弹塑性分析计算,得出不同墩高、不同车速以及不同地震作用组合工况下的高速铁路桥墩塑性铰长度,并与既有试验结果以及各国桥梁抗震设计规范塑性铰长度计算公式相对比。计算结果表明:在设计纵向配筋率、体积含箍率、剪跨比、轴压比下的塑性铰长度经过修正可以满足要求,提出了适合铁路桥梁圆端型墩的塑性铰长度建议计算公式,为高铁桥梁设计提供参考。

高速铁路桥墩等效塑性铰长度研究

研究目的:等效塑性铰长度在墩柱的简化抗震设计中普遍用于预测墩顶的极限水平位移。高速铁路桥墩具有截面尺寸大、纵筋率较低等特点,目前我国铁路抗震设计规范未对桥墩的塑性铰长度给出建议值,设计人员只能参考现有的经验公式进行抗震设计,其适用性还不明确。本文基于9个高速铁路圆端形桥墩拟静力试验数据,对多个桥墩进行塑性铰长度的参数分析,与多种设计规范进行对比,旨在研究并提出适用于高铁桥墩的塑性铰长度公式,以方便桥墩抗震设计。研究结论:(1)利用纤维截面梁柱单元,采用修正Chang-Mander混凝土模型进行分析,与试验曲线吻合良好;(2)桥墩高度和轴压比对塑性铰长度影响较大,钢筋屈服强度与直径对其影响较小;(3)相比于已有的规范公式,本文提出的公式可更为准确地预测高铁桥墩的塑性铰长度;(4)该研究成果可用于高速铁路桥梁的抗震设计与分析。

钢管混凝土箱形叠合超高墩设计与静力性能分析

为了解钢管混凝土箱形叠合超高墩的设计理念和结构静力性能,以金阳河特大桥为背景,分析该类桥墩各部分作用和受力特性,并开展静力性能研究。该类桥墩内部的钢管混凝土格构柱为主要受力结构,并作为外包钢筋混凝土施工的劲性骨架;各柱肢钢管外包薄层钢筋混凝土以提高桥墩承载力;连接各柱肢的钢筋混凝土腹板参与抗剪。采用MIDAS Civil软件分析对比钢管混凝土箱形叠合超高墩和钢筋混凝土薄壁空心超高墩的静力性能。结果表明:最大悬臂施工阶段和成桥阶段,钢管混凝土箱形叠合超高墩的一阶弹性稳定系数大于钢筋混凝土薄壁空心超高墩;从墩顶向墩底分段增大钢管管径和壁厚,可使钢管和外包混凝土应力沿墩高方向不变;外包混凝土应力远小于钢筋混凝土薄壁空心超高墩,可采用较薄的低强度混凝土。

基于塑性铰模型的双肢薄壁墩抗震性能研究

为研究基于塑性铰模型的双肢薄壁墩的抗震性能,结合 4种塑性铰模型、基底纵筋滑移模型及双肢薄壁墩简化计算模型,计算其在低周反复荷载作用下的墩顶变形及抗推承载力。建立空间非线性模型,计算分析该桥墩在低周反复荷载作用下的力学性能及破坏形态。同时,制作双肢薄壁墩的缩尺模型,通过拟静力试验研究其破坏形态、滞回曲线及骨架曲线。结果表明:理论计算、数值模拟与试验结果吻合良好,理论计算模型能够对该试验墩在低周反复荷载作用下的抗推承载力进行较为准确的计算,而且有限元模型可对破坏形态进行仿真;试验墩主要呈现以弯曲破坏为主的“弯剪破坏模式”,滞回曲线“捏缩”效应明显;参数分析结果表明体积配筋率及混凝土强度对该桥墩抗震性能的影响较小,而纵筋率与轴压比对其力学性能的影响较大,其中轴压比取5%时试验墩延性最差,取 10%时的延性最好。

高墩抗震性能指标与分析模型精细度的关联性研究

使用大型有限元分析软件ADINA对高墩进行非线性时程分析,通过对模型采用不同积分段划分形式,研究高墩抗震性能指标与模型精细度的关联性,探讨如何选择与模型关联性小的性能指标,并给出合理划分单元的建议,所得结论可为桥梁抗震设计提供参考.

高桥墩塑性铰抗震性能分析

为分析高桥墩在地震作用下形成的第二塑性铰对桥墩抗震性能的影响,以内昆铁路花土坡特大桥为实例,通过ANSYS软件建立弹塑性有限元仿真模型,并通过ANSYS软件的屈曲分析功能确定桥墩屈曲荷载,赋予模型铰的初始偏移,再将屈曲荷载加载到模型上.通过软件分析功能,计算非线性模型在该荷载作用下从桥墩钢筋屈服到混凝土被压碎至截面不断绕中和轴转动并形成塑性铰的各部位应变,确定塑性铰的其形成位置.最后,通过分析计算得出的数据,分析第二塑性铰对于桥墩在极限荷载下的抗震性能的影响.

基于复合IM的钢筋混凝土高墩地震易损性分析

为更准确地评估桥梁高墩在地震作用下的损伤状态,以考虑高阶振型贡献的复合地震动强度参数IM_(1I&2E)作为易损性分析的地震动强度指标,曲率延性比作为损伤指标,运用有限元分析软件Open SEES建立高墩的数值模型,基于增量动力分析方法(IDA)对桥墩进行非线性动力分析,建立了高墩的地震易损性曲线。结果表明:所建高墩模型不易发生完全损伤破坏,具有较好的安全性;IM_(1I&2E)作为高墩地震易损性分析的地震动强度指标更为合理,可更准确地评估高墩的损伤状态;随墩身高度的增加桥墩抗易损性能力有所提高。可为桥梁高墩的抗震设计及震损评估提供一定参考。

塑性铰区纵向配筋率变化对重力式桥墩抗震性能的影响

针对弯曲破坏型桥墩在地震中仅在墩底塑性铰区内发生严重破坏的情况,提出一种纵向钢筋的布置方法,即仅在墩身底部(2倍塑性铰长度)增加纵向钢筋的数量,其余墩身部位钢筋数量保持不变。设计了5个桥墩,运用ANSYS软件分析了墩身底部配筋率的变化对桥墩抗震性能的影响。研究结果表明:仅提高墩身底部配筋率,可以提高桥墩的承载能力,增强桥墩的耗能能力,增大桥墩的位移延性;与传统相同配筋率的桥墩相比,滞回曲线“捏缩”较为严重;提高低配筋率桥墩底部配筋率,桥墩的抗震性能基本可以达到全截面高配筋率桥墩的抗震性能。

基于JC法的近场地震作用下钢筋混凝土高墩塑性铰形成概率分析

为研究近场地震动作用下钢筋混凝土(RC)高墩塑性铰形成概率。以高度为90m的某RC高墩为研究对象,首先采用支持向量机算法预测截面等效屈服曲率;然后考虑墩身参数和近场地震动的随机性,采用OpenSees建立高墩模型,并进行增量动力非线性分析;最后以等效屈服曲率为临界指标,采用JC法对截面动力响应当量正态化后,计算分析截面塑性铰形成概率。研究结果表明:RC高墩截面顺桥向和横桥向等效屈服曲率均具有明显的离散性且服从正态分布;顺桥向近场地震作用下,墩底和墩身中部区域塑性铰形成概率均较大并形成塑性铰,且墩身中部塑性铰长度达31.7m,比只考虑地震动随机性确定的塑性铰区域长度大84.3%,而横桥向仅墩底区域塑性铰形成概率较大且与只考虑地震动随机性确定的塑性铰区域长度基本一致。塑性铰形成概率分析法,可以更加准确地对RC高墩的塑性铰形成和分布做出评估。

钢筋混凝土桥墩拟静力正交试验及数值模拟

为系统研究多参数组合对圆形钢筋混凝土桥墩延性抗震性能的影响,建立较可靠的数值分析模型,开展了以墩高(剪跨比)、纵筋率、轴压比、配箍率为因素的四因素三水平圆形钢筋混凝土桥墩拟静力弯曲破坏正交试验,并基于OpenSees纤维模型及等效塑性铰模型对试验桥墩的骨架曲线、滞回性能进行数值分析。结果表明:试验桥墩位移延性为5.3~8.4,等效粘滞阻尼比为0.19~0.29,具有良好的抗震性能;在置信度为0.1的水平下,墩高、纵筋率对极限位移有显著影响,剪跨比、纵筋率对最大侧荷载有显著影响,纵筋率对累计耗能有显著影响,剪跨比、轴压比对等效屈服弯曲刚度有显著影响,且除剪跨比与最大侧向荷载呈负相关关系外,其余均呈正相关关系;数值分析结果与试验结果吻合良好,基于等效塑性铰模型的截面层次及构件层次的数值模拟均可作为钢筋混凝土桥墩抗震性能评估的有效方法。

预应力拼装桥墩工作机制及抗震性能研究

为探究地震作用下预应力拼装桥墩的工作机制,根据拼装桥墩荷载传递规律,结合集中塑性铰理论,推导给出预应力拼装桥墩荷载与变形的计算公式。采用有限元ANSYS建立并分析预应力拼装桥墩的力学特性和抗震性能,探讨预应力钢筋有效初应力、恒载轴向压力和普通钢筋配筋率参数对拼装桥墩抗侧移刚度及其承载力的影响规律。结果表明,预应力拼装桥墩应力分布与侧移荷载关系密切,预应力钢筋的有效初应力与桥墩抗侧移刚度和承载力呈正相关变化;恒载轴压力和普通钢筋配筋率对桥墩抗震性能影响不大,桥墩抗震耗能能力有限。

足尺及实桥圆形钢筋混凝土桥墩抗震性能数值模型与验证

为建立较可靠的钢筋混凝土桥墩数值分析模型进行抗震性能评估,提出基于OpenSees集中塑性单元和材料本构的纤维截面等效塑性铰模型,对5个足尺及实桥圆形钢筋混凝土桥墩的拟静力或振动台试验结果进行数值模拟,并就关键效应及参数对模拟结果的影响进行分析。结果表明:纤维截面等效塑性铰模型与桥梁抗震规范的集中塑性模型概念一致,具有较强的工程实用性;数值分析结果与拟静力及振动台的试验结果吻合良好,P-Δ效应、纵筋屈曲效应以及纵筋低周疲劳参数的合理取值对模拟结果影响较大;基于纤维截面等效塑性铰模型的截面层次及构件层次的数值模拟均可作为足尺及实桥圆形钢筋混凝土桥墩抗震性能评估的有效方法。

不均匀腐蚀对钢筋混凝土桥墩抗震性能的影响

处于氯离子侵蚀环境下的沿海桥墩总是沿墩高遭受不均匀腐蚀,浪溅和潮汐区性能退化显著,影响着结构的抗震性能。本研究基于Open Sees有限元软件建立遭受不同腐蚀程度桥墩的有限元模型,分析讨论了滞回性能、耗能能力及曲率分布等模拟结果,研究了各桥墩模型的抗震性能和地震破坏模式。研究结果表明,沿墩高不均匀腐蚀墩柱的承载能力和累积耗能值随腐蚀程度增加而不断降低,腐蚀桥墩的地震破坏模式会发生变化,表现在其塑性铰位置会从墩柱底部转移到浪溅和潮汐区底部。

高墩刚构桥地震响应及减震控制研究

近些年,高墩甚至是超高墩刚构桥大量建设,由于其属于非规则桥梁,使得在抗震设计时需要做专项研究,加之桥墩和主梁采用现浇整体刚结的结构形式,使得隔震支座在高墩刚构桥上无法使用。选取一座典型高墩刚构桥,建立其弹塑性动力分析模型,分析了在设计地震动输入下的结构抗震性能规律,进而选取被动控制阻尼器分析了减震控制效果。分析表明:高墩刚构桥在设计地震作用下,桥墩塑性铰发展程度较低,能够满足设计抗震要求,但采用阻尼器进行减震控制后,桥墩能够在设计地震作用下保证为弹性受力状态,减震控制效果优于防落梁拉杆。

预应力钢板箍与CFRP复合加固RC墩柱轴压性能试验研究

提出一种新型的采用预应力钢板箍(PSJ)和碳纤维布(CFRP)复合加固钢筋混凝土(RC)墩柱加固方法(简称PSJ-CFRP)。为验证该新型加固技术的可行性和有效性,进行了8个足尺圆形墩柱轴压性能试验,研究参数包括不同加固方法(PSJ、CFRP和PSJ-CFRP)、钢板箍预应力水平、PSJ与CFRP加固配箍特征值等,比较分析采用不同加固方式加固试件的加固效果、破坏形态和承载力等,研究了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱的受压机理,钢板箍预应力度、PSJ与CFRP加固配箍特征值等关键参数对试件轴压性能的影响和规律。试验结果验证了PSJ-CFRP复合加固技术的有效性,CFRP与钢板箍协同工作、优势互补,既提高了试件的承载能力,又改善了试件的变形性能,加固试件呈现延性破坏特征。采用CFRP加固的试件,试件的承载能力得到提高,但变形能力降低,呈现脆性的破坏特征。在相同加固配箍特征值下,减小加固箍板净间距能取得更好的加固效果。在试验和理论分析的基础上,提出了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱轴向受压承载力计算公式,能较好地预测加固墩柱的轴心受压承载力。

高墩刚构桥系梁抗震分析

为研究系梁对高墩刚构桥抗震性能的影响,以系梁设置位置、系梁与桥墩截面刚度比以及系梁模拟方式为基本参数,通过分析结构动力特性及地震响应的变化,研究系梁对结构抗震性能的影响。研究结果表明:设置系梁后,桥梁的横桥向抗震性能降低,桥墩和系梁均成为抗震设计的薄弱环节;从提高结构整体抗震性能的角度出发,在墩中设置系梁效果最优,其中系梁与桥墩截面刚度比取0.5效果最优;系梁端部出现塑性铰后,对结构抗震性能的影响很小,可预先将系梁设计为与墩身铰接,以兼顾静力性能、动力性能和稳定性要求。