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。     

地震下RC空心墩弯‑剪数值模型及混合试验验证∗

地震作用下钢筋混凝土空心截面中高桥墩多发生弯剪破坏,而其弯剪耦合反应的数值模拟方法尚不完善。 针对当前弯剪串联模型中的剪切模型未考虑空心截面特征的问题,提出基于关键参数的剪切模型修正方法,并通过混合试验进行验证。分别从桥墩的剪跨比、混凝土开裂后剪切刚度、等效截面面积、桥墩有效高度与墩身混凝土斜裂缝倾角等参数入手,提出剪切模型关键参数的修正方法;基于修正的开裂剪切强度、开裂剪切位移、剪切极限承载力及其对应的剪切位移与剪切破坏位移,提出适用于空心桥墩剪切性能模拟的三折线型骨架曲线建立方法; 通过组合剪切模型与基于纤维单元的弯曲模型,建立空心墩弯剪耦合反应的数值模型;与一座空心高墩桥混合试验结果对比,其桥墩子结构的物理试验结果验证了数值模拟方法。分析表明：通过本文所提数值模拟方法得到的空心桥墩弯剪滞回曲线与真实地震加载路径下的试验曲线匹配良好,能够模拟空心墩在真实地震作用下的弯剪滞回行为。     

设置无粘结钢筋铁路重力式桥墩的拟静力试验研究

为解决我国铁路重力式桥墩在地震中延性不足的问题,通过在墩底设置无粘结钢筋来改善桥墩的延性性能。制作了1个完全粘结钢筋混凝土桥墩模型和2个不同无粘结钢筋长度的桥墩模型进行拟静力试验。对比分析3个桥墩的破坏状态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力及位移延性等抗震性能。结果表明：完全粘结钢筋混凝土墩身和墩底均出现裂缝,而2个不同无粘结钢筋长度的桥墩只是在墩底形成一条主裂缝;在同一加载位移下,完全粘结钢筋混凝土桥墩的累积耗能大于无粘结钢筋混凝土桥墩,且无粘结钢筋长度越长,桥墩的累积耗能越少。但是桥墩最终破坏时,无粘结钢筋混凝土桥墩的累积耗能大于完全粘结钢筋混凝土桥墩,且无粘结钢筋长度越长桥墩累积耗能越大;在墩底设置无粘结钢筋可以提高铁路重力式桥墩的延性性能,且无粘结钢筋长度越长,对桥墩延性提升越大,只是刚度略有下降。     

汶川大地震曲线梁桥震害及破坏机理分析

以汶川大地震中严重破坏的回澜立交桥为例,基于数值模拟手段并结合现场震害调查,分析了回澜立交桥的地震破坏机理。数值分析表明,地震时设有支座的最矮的1号桥墩支座发生滑移破坏,以致刚度较大(次矮)的2号刚构桥墩承受很大的地震惯性力,2号墩首先发生弯曲屈服,此后随延性发展因抗剪能力不足最终发生剪切破坏直至倒塌损毁,呈现典型的弯剪破坏特征。现场震害调查发现,回澜立交桥震害集中于抗弯刚度较大的刚构墩上,而其余桥墩震害相对较轻,主要表现为混凝土保护层的脱落、混凝土开裂以及墩顶支座的滑移破坏等。数值分析结果与震害调查呈现出较好的一致性。     

非规则多跨简支梁桥纵向地震反应及参数影响分析

考虑支座非线性和桥墩弹塑性的影响,建立了不等墩高5跨非规则简支梁桥的有限元模型。采用非线性时程分析方法计算了不同地震波输入下多跨简支梁桥的纵向地震反应,研究了非规则多跨简支梁桥邻跨刚度比及上部结构间相互碰撞效应对桥梁纵向地震位移反应和内力反应的影响规律。研究表明,邻跨刚度比对非规则多跨简支梁桥的桥墩剪力、墩底弯矩、墩顶位移、梁体位移、墩梁间相对位移及主梁间相对位移有着显著的影响,并且邻跨刚度相差越大,影响越为显著,更容易使上部梁体发生落梁破坏;考虑桥梁上部结构碰撞效应时,邻跨比对桥梁结构反应的影响受地震波的影响较大,碰撞未必加剧落梁破坏。     

CFRP筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力试验与分析∗

对 CFRP 箍筋和纵筋增强钢纤维混凝土梁的受剪承载力进行研究,通过 6 根梁的加载试验研究了剪跨比、配箍率和箍筋种类对受剪承载力的影响。考虑 CFRP 纵筋与混凝土的粘结性能,建立了 CFRP 筋增强钢纤维梁受剪承载力计算方法。结果表明：①CFRP 筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力高,破坏前斜裂缝宽度大,破坏有明显预兆;②钢纤维可有效减小斜截面开裂后前期的 CFRP 箍筋应力,有利于箍筋强度发挥,CFRP 箍筋的极限应变可取为 0.004;③CFRP 纵筋发挥强度高,需注意锚固长度和设计使用应力,防止滑移拔出和销栓破断;④给出的受剪承载力计算方法具有较高的计算精度高。     

剪跨比和箍筋率对钢筋混凝土框架柱动态特性的影响效应

基于通用有限元软件ABAQUS,分别在准静态和动态加载条件下,对不同剪跨比和箍筋率的钢筋混凝土柱进行了数值模拟。对比现有试验结果发现,ABAQUS的模拟效果与试验结果吻合较好;加载速率的影响随着剪跨比和箍筋率的增大而降低;钢筋混凝土柱的峰值承载力随着加载速率增大而增大的趋势明显,刚度无明显变化,延性比趋于稳定。因此,在进行地震作用下钢筋混凝土结构的抗震分析时,对加载速率的影响效应要给予足够的考虑。     

简支梁桥纵向地震碰撞响应研究

为研究简支梁桥在地震荷载作用下的碰撞响应和各因素对碰撞响应的影响程度,以一座3跨简支梁桥为研究对象,对桥梁碰撞响应的影响因素进行了动力非线性时程反应分析,得到了以下分析结果:纵向地震下,碰撞不会显著增大简支梁桥墩底的剪力和弯矩,但巨大的撞击力会给桥梁结构带来诸多不利影响;接触单元模型中碰撞刚度的取值对撞击力的正确模拟至关重要,碰撞刚度取值不同基本上不会改变结构的地震响应;梁体间的撞击力对邻梁间隙反应敏感,随着邻梁间隙的增大,撞击力和撞击次数逐渐减小,墩底剪力和弯矩逐渐增大;随着墩高比的增大,墩底剪力和弯矩不断减小,墩顶位移呈增大趋势,撞击力变化较大,但当相邻跨墩高相差不大时,撞击力相对而言要小得多;将不同的地震动峰值加速度调整到相同时,简支梁桥的地震响应差异很大。     

软土地区高墩梁桥抗震支座选型及横向约束构造研究∗

为了研究软土地区地震作用下高墩先简支后桥面连续梁桥的支座选型及横桥向抗震约束问题,选取了普通板式橡胶支座、钢阻尼滑板支座、LNR 橡胶支座和 HDR 高阻尼支座四种支座类型,以软土地区某(4×30)m 跨径高墩先简支后桥面连续梁桥为例,进行了延性抗震体系和减隔震体系抗震设计对比以及设置挡块的横桥向抗震约束效果研究。结果表明：软土地区高墩先简支后桥面连续梁桥墩柱配筋率主要由 E1 地震作用下墩底截面偏心受压检算工况决定,采用减隔震体系并不能降低桥墩配筋率。通过对采用四种不同支座桥梁的内力、墩梁相对位移以及配筋率方面综合分析可知,软土地区高墩先简支后桥面连续梁桥的周期较长,这类桥梁抗震关键问题是防止落梁、减小墩顶位移。采用普通板式橡胶支座并合理的设计纵横向防落梁装置的延性抗震体系更适宜于软土地区高墩梁式桥,合理设计抗震挡块可以起到很好的横向约束作用,避免横向落梁的发生。     

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。     

不同含水率下考虑筋土界面刚度软化的加筋边坡地震响应∗

加筋土结构具有较好的整体变形协调能力以及抗震性能，被广泛应用于边坡工程中。基于不同含水率下残积土及筋土界面室内直剪试验数据，在有限差分软件中考虑不同含水率下土体和筋土界面抗剪强度参数，并通过 FISH 语言编程在数值计算中实现筋土界面剪切刚度动态变化过程，分析加筋边坡在不同含水率、筋材长度、筋材间距及地震峰值加速度工况下的位移、应力、加速度响应。模型计算结果表明：相比不考虑筋土界面刚度软化情况，考虑筋土界面剪切刚度软化情况下含水率对加筋边坡水平位移和加速度放大系数的影响较大；坡面侧向位移、 坡顶沉降和筋材拉应力与回填土含水率呈正相关，加速度放大系数与含水率呈负相关；在一定范围内增加筋材长度能够有效降低加筋边坡坡面的水平位移；筋材间距对含水率越低的加筋边坡坡面侧向位移影响越大；地震峰值加速度越大，含水率对坡面水平位移影响越大。     

考虑流固耦合作用的深水桥墩地震响应分析

地震作用下,深水桥墩与周围水体的耦合振动是一个非常复杂的动力相互作用问题。本文基于非线性Mori-son方程,采用Airy波浪理论,建立了深水桥墩考虑流固耦合作用的有限元模型,应用Newmark-β法提出了求解该耦合非线性方程的算法,并用ANSYS软件和Matlab软件自编了求解程序。以某跨海大桥深水桥墩为算例,对其进行在地震作用下的非线性动力分析,并与已有计算方法进行对比。结果表明:按本文方法计算的墩顶最大位移、墩底最大剪力及墩底最大弯矩均较大,差异最大达到12.5%。因此在极端海况条件下,对深水桥墩进行地震作用下的动力分析时,建议采用本文考虑流固耦合的方法。     

连续刚构桥地震响应灰色关联参数敏感性分析∗

为进一步研究连续刚构桥的地震响应规律,以某连续刚构桥为例,建立了不同工况下连续刚构桥数值计算模型,充分考虑负相关因素,采用基准值误差与改进的灰色 T 型关联分析方法,以地震作用下某连续刚构桥墩顶顺桥向弯矩、墩底横桥向弯矩、墩底顺桥向弯矩和跨中横桥向弯矩为评价指标,进行了地震作用下连续刚构桥灰色关联参数敏感性分析。分析结果表明：高墩墩顶顺桥向弯矩对梁底曲线幂次的变化更敏感,矮墩墩顶顺桥向弯矩对根部梁高高跨比的变化更敏感,而墩底顺桥向弯矩则对墩高比的变化更敏感;高墩墩底横桥向弯矩对跨中梁高高跨比的变化更为敏感,矮墩墩底横桥向弯矩则对根部梁高高跨比相对更敏感;主梁跨中横桥向弯矩则对跨中梁高高跨比的变化更为敏感。该敏感性分析方法,可为连续刚构桥抗震设计及防灾减灾提供一定参考。     

限位墩对不等高桥墩连续梁桥地震响应的影响

多次地震灾害调查显示,在纵桥向地震作用下,梁桥往往会发生伸缩缝的破坏、主梁的碰撞、主梁的落梁以及由主梁落梁碰撞墩柱而导致的整体性垮塌,其中主梁的落梁在地震灾害统计中占据了相当大的比例。以西部山区具有不等高桥墩的典型梁桥为研究对象,在桥梁的关键部位设置限位墩,通过有限元分析手段对桥梁的整体抗纵向地震性能进行了研究。结果表明:在连续梁桥中设置限位墩,虽然在一定程度上增大了主梁之间的碰撞,但是能够有效地减小墩梁相对位移和普通墩的墩底最大弯矩,并且在普通连续梁桥中,墩梁相对位移是随着墩高的增大而增大的,因此,应该尽可能地把限位墩设置在墩高较高的地方。同时,如果桥梁较长需要设置多个限位墩的时候,限位墩之间的间距则需要加以考虑。     

SRC异形十字边框柱-RC剪力墙抗震性能分析

针对钢筋混凝土剪力墙抗震性能不足的缺陷,在剪力墙的边缘设置SRC异形边框柱,提出了一种新型混合剪力墙结构。为验证SRC异形十字边框柱-RC剪力墙的抗震性能,基于开源分析程序Opensees,剪力墙采用分层壳单元,外围SRC异形柱框架采用纤维梁柱单元,对缩尺比为1∶2.5的模型结构进行静力弹塑性分析和滞回性能分析。得到构件不同轴压比情况下的pushover曲线、边框柱、剪力墙承担的剪力分配情况、滞回曲线以及等效粘滞阻尼系数。研究结果表明:剪力墙承担了大部分剪力,相比于RC剪力墙,SRC异形边框剪力墙的延性、抗剪承载力、极限位移以及耗能能力均有不同程度的提高,并且随着轴压比增大,提高系数下降。设置SRC异形边框柱有效地改善了RC剪力墙在地震作用下的抗震性能。     

边墩沉降致连续简支桥段纵连线桥系统层间联结劣化规律∗

为研究边墩沉降致纵连板式无砟轨道?连续梁桥系统（纵连线桥系统）层间联结劣化状态,在考虑边墩沉降与层间接触不连续影响的基础上,建立纵连线桥系统非线性空间模型,采用前期提出的理论模型对其进行验证,据此分析边墩沉降下纵连线桥系统典型变形模式,层间联结失效的演化过程、发展规律及出现位置等。结果表明：建立的空间模型准确可靠;边墩沉降下,线桥系统会产生跟随变形、自重变形和悬停分离三种变形模式;沉降墩、与沉降墩临近的简支梁墩及连续梁桥另一侧边墩上方会出现层间联结失效,与沉降墩临近的简支梁墩、连续梁桥全部桥墩上的支座均会发生破坏;边墩沉降处板底脱空高度可用边墩沉降值减去连续梁桥变形限值进行描述;各脱空区长度均随边墩沉降幅值增加而增大,与沉降墩临近的简支梁墩左、右两侧区域脱空长度成正对称分布,连续梁另一边墩处脱空长度值只与连续梁变形有关,始终维持在 2.56 m。     

非规则多跨连续梁桥横向地震碰撞效应研究

为了探究非规则多跨连续梁桥的横向地震碰撞问题,提高同类桥梁的防震减灾能力,以广东潮安韩江大桥为研究对象,建立了考虑减隔震支座非线性与桩-土相互作用的横向碰撞计算模型,分析了横向碰撞特征及其对结构地震反应的影响,针对接触刚度与初始间隙进行了参数分析,并对橡胶垫片的减碰效果及其厚度的影响进行了探讨。结果表明:(1)横向碰撞可以减小梁墩相对位移,但会产生较大的碰撞力从而增加桥墩受力,并使各墩地震力分布更不均匀;(2)接触刚度的增加虽然可以减小梁墩相对位移,但当刚度值较大时梁墩相对位移的减幅趋缓,过大的刚度取值反而会引起桥墩过大的内力;(3)初始间隙的影响有一定的不确定性,但总体而言初始间隙较小时碰撞力与桥墩受力较大;(4)橡胶垫片可显著减小碰撞力与墩底弯矩,在工程条件允许时可适当增加垫片厚度。     

防屈曲支撑的有限元模拟及滞回性能分析

结合防屈曲支撑拟静力实验的研究成果,本文采用有限元软件ABAQU S对其进行了数值模拟分析。在模拟过程中,应用金属Com b ine本构模型设置内芯钢板材料属性。该模型是对传统双线性本构模型的改进,模拟结果很好地符合了实验结果,同时验证了防屈曲支撑具有良好的减震耗能性能,其在轴向加载达到7倍屈服位移时,依然能保持良好的滞回特性。通过对模型中橡胶无粘结层的合理设置,研究了内芯钢板在失稳变形中无摩擦滑移与能量缓冲转化的形变特点。分析表明,当外包约束强度和刚度足够时,内芯钢板在受轴向压力时只发生多波微幅弯曲失稳;随着内芯钢材与外包有效约束间隙的增大,支撑的失稳波幅也随之增大,支撑承载力与耗能能力显著降低。     

异形柱组合框架结构力学性能有限元对比分析

对钢筋混凝土异形柱承载力低、轴压比限值低、节点薄弱和抗震性能不理想等特点,将异形柱分别与型钢混凝土结构和钢管混凝土结构相结合,基于OpenSees建立三层两跨平面实腹式异形柱中框架模型,进行静力推覆分析和滞回性能分析,通过改变轴压比参数,获得结构滞回曲线和骨架曲线,进一步分析其承载力、延性和耗能等相关力学特性。研究结果表明:同钢筋混凝土异形柱框架相比,型钢混凝土异形柱框架和钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均有提高;随着轴压比增大,两种异形柱框架的弹性刚度基本不变,但荷载一顶点位移曲线下降段越陡而导致延性降低;同样配筋率下,钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均高于型钢混凝土异形柱框架,并且可以提高施工速度;相关研究成果可为科研和工程设计提供研究参考。     

考虑冲刷影响的川藏线连续梁桥横向地震易损性分析∗

冲刷将减小土体对桥梁基础的横向支撑作用,削弱桥梁结构刚度,进而影响桥梁结构的动力学特性和抗震性能,因此有必要研究冲刷对桥梁结构抗震性能的影响。以川藏线常见的三跨连续梁桥为工程背景,利用有限元软件SAP2000建立桥梁结构有限元模型,利用m法考虑桩土相互作用,讨论了冲刷深度变化对桥梁结构动力学特性的影响。选取曲率延性作为桥墩和桩基的损伤指标,考虑材料和几何非线性,通过增量动力分析方法得到不同横向地震动强度下桥墩和桩基的峰值曲率,建立了不同冲刷深度下桥墩、桩基在轻微损伤、中等损伤、严重损伤以及完全破坏状态下的地震易损性曲线。研究结果表明:冲刷深度增加将增大桥梁结构自振周期;桥墩在各损伤状态下的损伤概率随冲刷深度的增大而不断减小;冲刷深度较小时,桩基的损伤概率随冲刷深度增加而增大,但当冲刷深度超过某一值时,桩基的损伤概率反而有所减小。