外置耗能壳板的钢框架桥墩抗震性能数值研究

将结构震后功能可恢复和耗能构件可更换引入钢框架桥墩:在墩柱塑性铰区外置低屈服耗能壳板来保护墩柱主体结构,且外置耗能壳板易于震后修复或更换。采用数值模拟方法比较研究了钢框架桥墩与外置耗能壳板的钢框架桥墩的滞回曲线、耗能能力、等效黏滞阻尼比、刚度和强度等抗震性能,探讨了外置耗能壳板参数(如材料屈服应力、安装高度和厚度等)对钢框架桥墩抗震性能的影响及其规律。结果表明:外置耗能壳板的钢框架桥墩抗震性能优于钢框架桥墩,且外置耗能壳板先于墩柱屈服,可有效保护墩柱主体免遭地震损伤;外置耗能壳板安装高度和厚度明显影响钢框架桥墩的抗震性能,而外置耗能壳板屈服应力对钢框架桥墩抗震性能的影响可忽略。     

高边坡桥墩倾斜机理分析与安全性评价

高陡边坡桥墩同时承受上部结构传递的竖向荷载和桩周土体的侧向压力,墩柱受力性能复杂,易出现病害,影响桥梁安全。结合某高速公路桥墩倾斜的工程实例,对高陡边坡桥墩倾斜的机理进行分析,并对倾斜桥墩的安全性能进行评价。通过考虑边坡土体和桥墩的相互作用,采用数值方法对高陡边坡桥墩的受力特征进行研究,分析了墩柱倾斜和开裂的机理,并基于不同荷载下墩柱的内力组合,对墩柱的承载力进行评定。结果表明,边坡潜在滑移面受扰动后产生的坡体推力是引起墩柱倾斜的主要原因,坡体推力与车辆荷载及汽车制动力组合后,桥墩的承载力将不能满足设计要求。     

强震下四边钢柱支承单层柱面网壳弹塑性地震响应研究

采用集中塑性铰理论和SAP2000结构分析软件,对某体育练习馆(钢柱周边支承单层柱面网壳)整体结构进行了强震下弹塑性地震响应分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了节点位移响应、杆件塑性铰的分布特征和结构的整体变形与失效形态,并评定了整体结构在强震下的极限承载力与失效类型。结果表明:该结构在强震下的失效界限地震加速度峰值为1260gal,最大竖向变形为短向跨度的1/163,满足"避难与救灾建筑结构"的抗震性能设防要求;结构的失效类型为动力失稳破坏,临界失效时出现塑性铰的杆件较少,结构塑性发展程度不充分;由整体稳定控制的单层柱面网壳在满足稳定承载力的要求下具有较大的抗震潜能。     

爆炸冲击作用下节段拼装桥墩反射超压分布规律分析∗

分析桥墩在爆炸冲击作用下的反射超压是研究其动态响应的基础。采用 ANSYS/LS‐DYNA 建立节段拼装桥墩受爆的三维实体分离式模型,并通过既有试验来验证建模方法的可靠性。以桥墩结构形式、节段数目、爆炸比例距离及爆心高度等为设计变量,分析其对节段拼装桥墩冲击波反射超压分布规律的影响。研究结果表明：爆炸冲击作用下节段拼装桥墩的反射超压分布规律与整体现浇桥墩有显著差别;在桥墩节段数目及爆心高度不变的情况下,桥墩反射超压随比例距离的减小而增大;当爆炸高度接近桥墩接缝时,接缝位置处会产生相当大的反射超压;基于分析数据,拟合得到不同比例距离爆炸作用下节段拼装桥墩和整体式桥墩反射超压分布的简化计算公式, 可为研究桥墩受爆的动态响应及其抗爆设计提供参考。     

近断层地震动下预制拼装桥墩桥梁结构碰撞响应分析∗

为研究近断层地震下预制拼装桥墩桥梁结构的碰撞响应及影响碰撞的参数,基于 OpenSees 有限元分析软件,建立一座五跨预制拼装桥墩桥梁分析模型,选取 8 组近断层脉冲型地震动对桥梁进行非线性动力时程分析;探究了碰撞效应对桥梁地震响应的影响及节段数目、节段长度、初始预应力、接缝刚度等参数对桥梁碰撞效应的影响。结果表明：桥梁碰撞效应可以减小桥梁震时最大位移和震后残余位移,碰撞效应可以减小下部预制拼装桥墩地震中预应力筋的最大预应力、接缝最大竖向压力,但不能改变接缝水平剪力的大小;碰撞主要发生于桥梁中部伸缩缝处,中部伸缩缝碰撞力和碰撞次数均明显大于两侧边伸缩缝;增加预制拼装桥墩的节段数目可以减小桥梁的震时最大位移,但会增大桥梁的碰撞力和碰撞次数,其中 6 个节段时主梁中缝、左边缝和右边缝最大碰撞力比 3 个节段时分别增大约 38.8%、36.5% 和 33.3%;初始预应力的大小对桥梁碰撞效应影响较小;引入的系数 δ 可以有效控制桥墩干接缝的刚度,δ 增大时桥墩接缝刚度增大,接缝张开量减小,桥墩接缝耗能能力增强,桥梁碰撞力减小。     

装配预制梁干湿连接企口承载力试验研究

设计和制作了3根足尺寸现浇企口装配预制梁和1根整浇梁,进行预制梁干湿连接企口承载力试验。通过比较装配预制梁和整浇梁的力学参数,研究现浇企口受力及变形能力,找出其局部刚度变化规律。结果表明,现浇企口对装配预制梁的承载力影响不大,变形能力满足设计规范要求,弯矩最大处对连接点最不利。现浇企口处局部刚度在受力前期下降较为明显,后期较为缓慢,最终整体刚度降低约1/3。     

装配预制梁干湿连接企口承载力试验研究北大核心CSCD

设计和制作了3根足尺寸现浇企口装配预制梁和1根整浇梁,进行预制梁干湿连接企口承载力试验。通过比较装配预制梁和整浇梁的力学参数,研究现浇企口受力及变形能力,找出其局部刚度变化规律。结果表明,现浇企口对装配预制梁的承载力影响不大,变形能力满足设计规范要求,弯矩最大处对连接点最不利。现浇企口处局部刚度在受力前期下降较为明显,后期较为缓慢,最终整体刚度降低约1/3。     

地震下某三心圆双向钢桁架结构体系动力弹塑性失效分析

运用SAP2000结构分析软件与塑性铰理论,对某兼具地震避难所功能的三心圆双向钢管拱桁架结构的大跨公共建筑进行了地震波作用下的动力弹塑性性能分析,考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了结构的变形形态、失效类型、塑性发展程度和延性性能,并基于其失效形态对强震下的抗震性能进行了评定。结果表明:该结构在强震作用下的失效模式是,三心圆拱桁架在变曲率处和支座处的关键弦杆、腹杆陆续进入不同阶段的塑性铰并形成局部塑性铰集中区域,导致结构沦为机构而失效;该结构在地震波下的失效界限地震加速度峰值为595gal,最大竖向变形为跨度的1/207,结构各方向延性系数均大于4,具有较好的塑性变形能力,可满足8度抗震设防区在罕遇地震作用下的安全性能要求。     

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。     

钢板组合PEC柱-削弱截面钢梁组合框架抗震试验研究

为深入研究PEC柱-钢梁组合框架结构体系的抗震性能,设计了1榀两层单跨钢板组合截面PEC柱-削弱截面钢梁组合框架1∶2缩尺试件,并对其进行了低周往复荷载抗震试验。根据实测数据整理,得到了试验滞回特征曲线,并结合试验过程现象记录,分析了试件滞回特性、抗侧刚度退化规律、节点连接性能、耗能与延性和试件破坏模式等力学性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和较大的抗侧刚度;采取梁端截面削弱方式可实现梁端塑性铰位置远离节点区,且端板对穿螺栓连接能有效将梁端受拉翼缘拉力转化为对应边对节点区的压力,使得节点区形成了混凝土斜压带传力模式,提高了节点区抗震性能;试件滞回曲线较为饱满,在梁翼缘与端板连接焊缝存在施工缺陷情况下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比分别达到3.50%(推)/4.50%(拉)、2.92(推)/3.21(拉)和0.306,且承载力仍未下降至其极限承载力的85%,即试件结构具有良好的变形、抗震延性与耗能能力;该试件在循环往复荷载下呈现的破坏模式为梁削弱截面部位和PEC柱脚相继形成塑性铰的塑性机构。     

三跨连续板抗火性能的有限元分析

采用有限元方法对三跨连续钢筋混凝土板局部受火和整体受火下的结构响应进行了数值模拟。结果表明,结构受火位置和受火范围不同时,产生的塑性区位置和范围不同,出现破坏铰的位置不同,但是经过模拟发现塑性区域都是在中间支座附近,破坏铰都是在负筋截断形成,因此结构的负筋长度对结构的耐火性能影响很大;结构在整体受火情况下由于整个结构绕塑性区的抬升作用,造成塑性区附近中跨的抬升,加温结束后整个中跨呈隆起形式,但是中跨局部受火时其中点始终产生向下的挠度,因此在局部受火与整体受火时结构的整体变形不同;在局部受火的时候,由于结构的整体作用使受火跨和未受火跨之间有很大程度的内力调整,这种内力重分布可以很好地提高结构的抗火性能,结构在局部受火的时候耐火性能比整体受火时好出很多。     

预制混凝土柱与独立基础浆锚连接抗震性能研究∗

为研究预埋波纹套管内预制混凝土柱与独立基础浆锚连接试件的抗震性能,进行了 6 个预制装配式柱和 1 个现浇柱的拟静力低周循环往复荷载试验。试验重点研究了柱纵筋锚固长度、轴压比、柱底纵筋局部脱黏(柱底锚固纵筋 5 倍直径范围内)对预制柱抗震性能的影响。结果表明：柱纵筋锚固长度为 10d 时(d 为钢筋直径),基础发生了开裂破坏,随着锚固长度的增加,破坏形态由基础开裂破坏变为柱脚弯曲破坏;为使预制柱与现浇柱的抗震性能相当,柱纵筋最小浆锚长度不宜小于 20d;轴压比一定时,对柱纵筋进行局部脱黏处理,可改善试件的延性及耗能能力。柱纵筋锚固长度一定时,随着轴压比的增加,试件的水平极限承载力及刚度均增大。     

山区桥梁墩柱水沙磨蚀损伤调查与仿真分析

采用实地调查及CFD数值分析方法,研究水沙冲刷作用对山区桥梁墩柱磨蚀损伤的影响。调查了岷江上游13座跨江桥梁的墩柱磨蚀情况,测得了磨蚀深度、磨蚀分布模式以及材料表面硬度。根据调查,基于临界速度和弹性模量的线性相关假定,对Finnie冲蚀磨损模型进行修正,并构建了水沙两相流模型,以桥墩表面混凝土的磨蚀厚度和磨蚀面积作为评价指标,考察了桥墩形状与尺寸、河流水深、流速、含砂率、沙粒粒径等因素对桥墩磨蚀损伤的影响及其变化规律。结果表明:圆形墩柱抗磨蚀能力最好;桥梁墩柱的磨蚀损伤程度与河水含砂率基本呈线性关系但受水深的影响较小;水速对最大磨蚀厚度影响非常明显,却对平均磨蚀厚度影响较小;含沙量相同,粒径越大,对桥梁墩柱的磨蚀作用越大;岷江上游混凝土圆形墩柱的平均磨蚀厚度可按3~5mm/a进行预测。     

钢管混凝土桥墩动力时程分析及累积损伤评估

为了研究钢管混凝土桥墩的抗震性能并评估桥墩在地震作用下的累积损伤,对比分析了不同累积损伤模型的差异性,提出了一种基于损伤指标的钢管混凝土桥墩地震累积损伤评估方法。基于纤维截面模型,对某钢管混凝土桥墩在不同地震动强度下进行了横桥向动力时程分析,并从概率角度对桥墩的累积损伤进行评估。结果表明:对于抗震设防烈度为7度的桥墩,在相当于7度E1地震作用下处于基本完好状态,在相当于7度E2地震作用下没有发生严重破坏或失效破坏,在两种超罕遇地震作用下的失效概率分别为15.7%和27.14%,满足抗震设防要求。研究结果可为实际工程中钢管混凝土桥墩的抗震性能评估提供参考。     

装配式混凝土框架子结构动态倒塌性能试验研究

为了研究装配式混凝土框架结构的连续倒塌性能,设计了 6个比例为1/4的框架子结构模型,通过快速抽柱试验研究了框架梁的跨高比、拼接节点位置和预应力等参数对其动态倒塌性能的影响.试验结果表明,中柱失效后在框架梁端和框架梁拼接节点的后浇混凝土区均产生了少量裂缝;在框架梁跨度相同的情况下,现浇混凝土框架子结构的最大动态位移响应...     

火灾中均布荷载作用下钢筋混凝土方板的极限分析

本文利用有限差分法确定了火灾时钢筋混凝土板的温度分布，并基于塑性铰线理论确定了火灾时钢筋混凝土方板的破坏机制，根据高温下混凝土和钢筋的力学性能对火灾过程中塑性铰截面的弯矩及板的极限荷载进行了分析，可为建筑结构的耐火设计提供依据。     

内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能影响研究

为研究内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响,进行了内置角钢、槽钢、钢管3种钢骨形式的混凝土桥墩模型水平撞击试验,得到撞击力时程曲线、位移时程曲线、钢材和混凝土的应变时程曲线。对内置不同钢骨形式的桥墩模型受撞各阶段的力学性能进行了对比分析,并运用力学方法计算了钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响。研究结果表明:钢骨形式对混凝土桥墩的撞击性能有一定影响;在相同撞击能量下,内置钢管混凝土桥墩的侧向变形较内置槽钢和内置角钢混凝土桥墩的侧向变形小;内置槽钢和钢管对墩底混凝土压应变增长有较大的抑制作用;内置钢管混凝土桥墩的破坏斜裂缝条数多且分布较宽,延性较好,抗撞击承载力较高。对桥墩底部斜裂缝区的混凝土主压应力和应变计算分析表明,不同钢骨形式改变了桥墩截面几何特性参数,影响了混凝土主压应力值;在相同配钢率情况下,内置钢管混凝土桥墩的墩底混凝土主压应力比内置角钢混凝土桥墩的墩底主压应力减小了24.54%;内置钢管混凝土桥墩的应变放大系数比内置角钢混凝土桥墩放大系数小。试验和计算分析均证实了内置钢管的混凝土桥墩具有较好的抗撞击性能。     

装配式消能减震混凝土梁柱节点抗震性能研究

对装设扇形铅粘弹性阻尼器的预制装配式混凝土框架梁柱节点进行了数值仿真分析,并与试验结果进行了对比,验证数值仿真分析的正确性;对比分析了普通预制节点与消能减震梁柱节点的抗震性能,并分析了不同设计参数对消能减震节点构件抗震性能的影响。分析结果表明:与普通预制节点相比,扇形铅粘弹性阻尼器在一定程度上提高了节点的初始刚度和承载力,增强了构件的耗能能力;随着轴压比的增加,混凝土材料应力下降明显;随着铅芯直径、橡胶硬度以及扇形半径的增加,构件抗震性能提高,但当阻尼器扇形半径超过某一数值时,构件抗震性能还会出现降级现象。     

非规则大跨刚构-连续组合桥地震易损性分析

以某西部山区薄壁大跨刚构-连续组合桥梁为研究对象,分析了非规则大跨刚构-连续组合桥梁纵、横向地震易损性。基于OpenSees平台,建立了其非线性纤维有限元模型。采用曲率作为墩柱损伤指标,位移作为活动盆式支座损伤指标,基于IDA方法分析了该桥在不同地震动下的动态响应,得到桥墩纵、横向地震动作用下的曲率包络图,分析了不同桥墩构造的破坏情况,建立了墩柱以及支座的易损性曲线,讨论了不同墩高对桥墩地震易损性的影响。结果表明:桥墩的纵向地震损伤概率大于横向损伤概率,且墩高越高损伤概率越小;支座横向地震损伤概率大于纵向损伤概率。其研究结果可为非规则刚构-连续组合桥梁的抗震设计提供参考和依据。     

基于IDA钢管混凝土桁架连续曲线桥抗震易损性分析

以一座最大墩高50m曲线钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥为工程背景,采用OpenSees建立其弹塑性三维有限元动力分析模型,从PEER地震数据库中选取10条地震动记录对其进行增量动力分析。以典型墩最不利截面材料损伤应变所对应截面曲率为损伤指标,利用能力需求比对数函数进行回归分析,计算不同构件在不同损伤状态下的破坏概率,建立墩柱易损性曲线和支座易损性曲线。基于联合失效概率分析方法,形成了桥梁系统易损性曲线。同时建立多个对比模型,分析墩跨比和曲线半径对桥梁易损性影响。结果表明:钢管格构桥墩高度差异不大时,和钢筋混凝土桥墩相邻的首个钢管格构桥墩震动响应较大;本桥墩和梁之间大量使用橡胶支座从而形成弹性连接和铰接的减震措施,可有效降低桥梁完全破坏概率;墩跨比增大将导致桥梁系统完全破坏损伤概率随之增大;随着曲线半径增大,损伤概率逐渐增大,曲线桥本身拱结构对顺桥向地震有一定抵抗作用。