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CFRP及EWSS复合加固震损双层高架桥框架式桥墩恢复力模型研究

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工程力学 2024年第5期41卷 55-67页

作者：许成祥吴永昂胡序辉肖良丽武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065 武汉科技大学高性能工程结构研究院湖北武汉430065 中建五局土木工程有限公司湖南长沙410004

为研究碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)及外包型钢(Externally Wrapped Steel Section,EWSS)复合加固震损双层高架桥框架式桥墩的恢复力模型,对1榀原型对比试件、1榀无预损加固试件和2榀遭受不同地震损伤加固试件进行... 详细信息

为研究碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)及外包型钢(Externally Wrapped Steel Section,EWSS)复合加固震损双层高架桥框架式桥墩的恢复力模型,对1榀原型对比试件、1榀无预损加固试件和2榀遭受不同地震损伤加固试件进行了低周往复加载破坏试验,获取了滞回曲线并提取骨架曲线,分析其滞回特性,提出一种弹性段和强化段为双折线、下降段为指数函数且考虑初始损伤的骨架曲线模型;采用试验数据回归拟合方法,定量描述了试件滞回曲线卸载刚度的退化规律,考虑了同级加载承载力退化和定点指向特征,建立了恢复力模型。研究结果表明:复合加固试件滞回曲线捏缩现象明显,呈倒S型,各滞回环分别相交于骨架曲线上正向、负向荷载为屈服荷载0.25倍的点,峰值荷载后EWSS产生包辛格效应;所提出的骨架曲线模型对中度震损和重度震损加固试件下降段指数函数的参数k建议取值分别为3.6和3.4;所建立的骨架曲线模型和恢复力模型计算结果与试验实测结果吻合较好,可为该类结构弹塑性地震反应分析提供依据。

关键词：双层框架式桥墩地震损伤碳纤维布及外包型钢复合加固滞回特性恢复力模型

钢-PVA混杂纤维高性能混凝土抗渗性能试验研究

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硅酸盐通报 2024年第6期43卷 2130-2136,2148页

作者：许成祥张家琪武汉科技大学城市建设学院武汉430065 城市更新湖北省工程研究中心武汉430065 武汉科技大学高性能工程结构研究院武汉430065

为探究钢纤维掺量、聚乙烯醇(PVA)纤维掺量和矿粉掺量对钢-PVA混杂纤维高性能混凝土(HFHPC)抗渗性能的影响,本文开展了钢-PVA HFHPC抗渗性能试验,并对试验结果进行了极差分析、方差分析和回归分析。结果表明:对HFHPC抗渗性能的影响程度... 详细信息

为探究钢纤维掺量、聚乙烯醇(PVA)纤维掺量和矿粉掺量对钢-PVA混杂纤维高性能混凝土(HFHPC)抗渗性能的影响,本文开展了钢-PVA HFHPC抗渗性能试验,并对试验结果进行了极差分析、方差分析和回归分析。结果表明:对HFHPC抗渗性能的影响程度从高到低依次为钢纤维、矿粉和PVA纤维。在试验水平范围内,得出混凝土试件抗渗性能最佳水平组合:钢纤维体积掺量1.0%、PVA纤维体积掺量0.7%、矿粉质量取代率20%。当钢纤维掺量超1.0%时,HFHPC抗渗性能略有下降,但仍高于基准素混凝土。最后采用多元回归分析,建立了HFHPC渗透系数与钢纤维、PVA纤维和矿粉的预测模型。

关键词：钢纤维 PVA 矿粉高性能混凝土抗渗性能正交试验

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外包钢套加固震损双层高架桥框架式桥墩地震损伤分析与评估

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工程抗震与加固改造 2024年第3期46卷 95-104,113页

作者：许成祥邓建涛吴永昂朱红兵武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065 武汉科技大学高性能工程结构研究院湖北武汉430065

为了对外包钢套加固震损双层框架式桥墩的地震损伤进行分析与评估,基于已有试验,应用OpenSees开放平台,以损伤指数折减材料性能参数模拟地震损伤,建立了双层框架式桥墩非线性有限元模型,对其进行低周往复加载,对比模拟与试验得到的滞回... 详细信息

为了对外包钢套加固震损双层框架式桥墩的地震损伤进行分析与评估,基于已有试验,应用OpenSees开放平台,以损伤指数折减材料性能参数模拟地震损伤,建立了双层框架式桥墩非线性有限元模型,对其进行低周往复加载,对比模拟与试验得到的滞回曲线和骨架曲线,验证了所建模型的可行性。采用Pushover分析方法,结合能力谱法求得4榀双层框架式桥墩试件在不同地震烈度下的性能点以及层间位移角,基于改进的Park-Ang损伤模型对桥墩试件的地震损伤进行分析。研究表明:当遭遇8度地震时,试件FP-2和试件FP-3最大层间位移角相对原型对比试件FP-0分别减小了26.4%和22.5%;当遭遇9度地震时,分别减小了26.5%和22.2%;当遭遇6度和7度地震时,各试件基本完好或造成轻微损伤;当遭遇8度和9度地震时,原型对比试件FP-0处于重度损伤,试件FP-2和试件FP-3均处于中度损伤,说明震损加固试件的损伤程度相较于原型对比试件均得到不同程度的减小。

关键词：双层框架式桥墩外包钢套加固地震损伤 Pushover分析

钢-PVA混杂纤维高性能混凝土高温后残余力学性能试验研究

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科学技术与工程 2024年第5期24卷 2015-2025页

作者：许成祥赵晓悦许奇琦肖良丽武汉科技大学城市建设学院武汉430065 城市更新湖北省工程研究中心武汉430065 武汉科技大学高性能工程结构研究院武汉430065

为探究3种因素钢纤维、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维和矿粉对钢-PVA混杂纤维高性能混凝土(hybrid fiber high performance concrete,HFHPC)高温后残余力学性能的影响。对钢纤维、PVA纤维和矿粉3种因素各取3个水平,采用L_(9)(3^(... 详细信息

为探究3种因素钢纤维、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维和矿粉对钢-PVA混杂纤维高性能混凝土(hybrid fiber high performance concrete,HFHPC)高温后残余力学性能的影响。对钢纤维、PVA纤维和矿粉3种因素各取3个水平,采用L_(9)(3^(3))方案进行正交设计,测试HFHPC遭受高温作用后的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度,并进行极差与方差分析。结果表明:钢纤维体积分数为2.0%时可以有效提高HFHPC的各项强度。PVA纤维能够抑制混凝土爆裂,与钢纤维混杂可体现优势互补。800℃时,当钢纤维体积分数为2.0%、PVA纤维体积分数为0.3%、矿粉掺量为10%时,HFHPC的抗压强度残余率与劈拉强度残余率达到最高,分别为60.23%和74.5%。当矿粉掺量大于10%时,HFHPC抗压强度可显著提高,而劈拉强度与抗折强度略有下降。最后分别建立了HFHPC立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的预测模型。

关键词：钢-PVA混杂纤维高性能混凝土高温力学性能强度预测模型

CFRP及外包钢复合加固震损双层高架桥框架墩地震易损性分析

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铁道科学与工程学报 2022年第3期19卷 733-742页

作者：许成祥吴永昂罗恒胡序辉武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065

双层高架桥框架式桥墩受力复杂,震害严重,在实际桥梁工程中的应用越来越多。为研究震损双层高架桥框架式桥墩经碳纤维布(CFRP)及外包钢复合加固后的地震易损性,以原型、直接加固、中损加固、重损加固4榀双层框架式桥墩为研究对象,采用... 详细信息

双层高架桥框架式桥墩受力复杂,震害严重,在实际桥梁工程中的应用越来越多。为研究震损双层高架桥框架式桥墩经碳纤维布(CFRP)及外包钢复合加固后的地震易损性,以原型、直接加固、中损加固、重损加固4榀双层框架式桥墩为研究对象,采用双参数地震损伤模型计算损伤指数以折减材料性能来模拟地震损伤,利用OpenSees开放平台建立精细化的非线性有限元模型。基于桥墩的低周往复荷载分析,对比模拟与试验的滞回曲线和骨架曲线,验证模型的可行性。在此基础上,以规范反应谱为目标从美国太平洋地震研究中心(PEER)数据库选择20条实际地震动记录作为输入,对桥墩模型进行增量动力分析。以峰值加速度作为地震动强度参数,以位移延性比作为工程需求参数,通过定义4种损伤极限状态进行地震易损性分析,以峰值加速度中位值和增强系数定量评估桥墩复合加固的效果。研究结果表明:震损加固后的桥墩比加固前更不容易受到地震的损坏,对于轻微、中等、严重、倒塌4种损伤状态,中损加固后桥墩的增强系数分别为90.5%,106.3%,119.6%,127.2%;重损加固后桥墩的增强系数分别为85.1%,100.4%,113.2%,120.6%。因此,在重度地震损伤范围内,CFRP和外包钢复合加固震损双层高架桥框架式桥墩是有效的。

关键词：桥梁工程双层框架式桥墩震损加固碳纤维布外包钢地震易损性

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双层高架桥框架式桥墩地震易损性分析

重庆交通大学学报（自然科学版） 2022年第8期41卷 95-101页

作者：许成祥罗恒王粘锦武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065 武汉科技大学高性能工程结构研究院湖北武汉430065

为研究双层高架桥框架式桥墩在地震作用下的易损性,基于双层框架式桥墩在低周往复荷载作用下的破坏性试验,采用OpenSees开放平台建立了非线性有限元模型;选择100条实际地震动记录作为输入,对结构模型进行概率地震需求分析;通过对定义的... 详细信息

为研究双层高架桥框架式桥墩在地震作用下的易损性,基于双层框架式桥墩在低周往复荷载作用下的破坏性试验,采用OpenSees开放平台建立了非线性有限元模型;选择100条实际地震动记录作为输入,对结构模型进行概率地震需求分析;通过对定义的4种损伤极限状态进行易损性分析,得出框架式桥墩地震易损性曲线;通过改变结构参数,分析了立柱配筋率(ρ)和配箍率(ρ_(sv))对框架式桥墩地震易损性的影响。研究结果表明:双层框架式桥墩发生轻微损伤、中等损伤、严重损伤和完全破坏时的位移延性比分别为1.0、2.0、3.5、5.0;谱加速度中位值分别为0.46g、0.66g、0.88g、1.06g;从安全与经济角度出发,立柱合理的配筋率和配箍率范围分别为1.6%~2.2%、1.0%~1.5%。

关键词：桥梁工程框架式桥墩地震易损性位移延性比谱加速度

外包钢套加固震损双层高架桥框架式桥墩抗震性能评估与参数分析

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震灾防御技术 2023年第4期18卷 821-832页

作者：许成祥吴永康王理武汉科技大学城市建设学院武汉430065

基于《公路桥梁抗震设计规范》“两阶段”设防原则,采用SAP2000有限元软件建立震损加固桥墩数值模型,通过构建与设防水准地震相匹配的结构性能水准,选取基底剪力和墩顶位移作为结构性能评价指标,建立基于能力需求比的双层高架桥墩抗震... 详细信息

基于《公路桥梁抗震设计规范》“两阶段”设防原则,采用SAP2000有限元软件建立震损加固桥墩数值模型,通过构建与设防水准地震相匹配的结构性能水准,选取基底剪力和墩顶位移作为结构性能评价指标,建立基于能力需求比的双层高架桥墩抗震性能评估流程,从抗震性能和损伤修复效果角度,对外包钢套含钢量和强度的影响进行分析。研究结果表明,中度损伤试件经外包钢套加固后基底剪力和墩顶位移能力需求比分别提高了76.72%、62.93%,重度损伤试件经外包钢套加固后基底剪力和墩顶位移能力需求比分别提高了62.98%、51.94%;当外包钢套含钢量ρ2.08%时,中度损伤及重度损伤加固试件墩顶位移能力需求比提高率大于基底剪力,此时变形能力修复效果优于承载能力;提高外包钢套强度显著增强了中度损伤和重度损伤加固试件承载能力,但变形能力基本不提高。

关键词：双层框架式桥墩地震损伤外包钢套加固抗震性能参数分析

CFRP及EWSS复合加固震损双层高架桥框架式桥墩恢复力模型研究

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工程力学 2022年

作者：许成祥吴永昂胡序辉肖良丽武汉科技大学城市建设学院武汉科技大学高性能工程结构研究院中建五局土木工程有限公司

为研究碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)及外包型钢(Externally Wrapped Steel Section,EWSS)复合加固震损双层高架桥框架式桥墩的恢复力模型，对1榀原型对比试件、1榀无预损加固试件和2榀遭受不同地震损伤加固试件进...

为研究碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)及外包型钢(Externally Wrapped Steel Section,EWSS)复合加固震损双层高架桥框架式桥墩的恢复力模型，对1榀原型对比试件、1榀无预损加固试件和2榀遭受不同地震损伤加固试件进行了低周往复加载破坏试验，获取了滞回曲线并提取骨架曲线，分析其滞回特性，提出一种弹性段和强化段为双折线、下降段为指数函数且考虑初始损伤的骨架曲线模型；采用试验数据回归拟合方法，定量描述了试件滞回曲线卸载刚度的退化规律，考虑了同级加载承载力退化和定点指向特征，建立了恢复力模型。研究结果表明：复合加固试件滞回曲线捏缩现象明显，呈倒S型，各滞回环分别相交于骨架曲线上正向、负向荷载为屈服荷载0.25倍的点，峰值荷载后EWSS产生包辛格效应；所提出的骨架曲线模型对中度震损和重度震损加固试件下降段指数函数的参数k建议取值分别为3.6和3.4；所建立的骨架曲线模型和恢复力模型计算结果与试验实测结果吻合较好，可为该类结构弹塑性地震反应分析提供依据。

关键词：

CFRP及EWSS复合加固震损双层高架桥框架式桥墩抗震性能试验研究

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公路交通科技 2023年第2期40卷 53-63页

作者：许成祥胡序辉吴永昂杨曌武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065

为研究碳纤维增强复合材料(CFRP)及外包型钢(EWSS)复合加固震损双层高架桥框架式桥墩(DVFP)的抗震性能,按1/5.5缩尺比例设计并制作了4榀DVFP试件,其中1榀为原型对比试件、1榀无预损直接采用CFRP及EWSS复合加固,2榀模拟地震效应形成中度... 详细信息

为研究碳纤维增强复合材料(CFRP)及外包型钢(EWSS)复合加固震损双层高架桥框架式桥墩(DVFP)的抗震性能,按1/5.5缩尺比例设计并制作了4榀DVFP试件,其中1榀为原型对比试件、1榀无预损直接采用CFRP及EWSS复合加固,2榀模拟地震效应形成中度和重度地震损伤后采用CFRP及EWSS复合加固,对4榀试件进行了低周往复加载破坏试验。通过分析试验现象及试件破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、水平承载力、承载力退化及刚度退化、耗能性能和残余位移,研究了CFRP及EWSS复合加固震损DVFP的有效性,探讨了不同震损程度对加固效果的影响。结果表明:与未加固试件相比,中度震损和重度震损试件加固修复后峰值荷载分别提高120.74%,105.36%;极限位移分别提高35%,25.98%;位移延性系数分别提高32.33%,31.41%;复合加固延缓了承载力退化及非线性阶段刚度的衰减,承载力退化系数均在0.9以上;达到峰值荷载后,在相同位移延性比水平下,随预损程度的增加能量耗散系数降低;对不同震损程度的桥墩经复合加固后,破坏形态均表现为节点处缀板焊缝断裂失效、立柱角钢撕裂,立柱损伤较严重,且柱顶比柱脚严重;各试件残余位移系数随位移延性比变化规律基本一致。研究结论可为震损DVFP的复合加固设计提供理论基础。

关键词：桥梁工程抗震性能拟静力试验双层高架桥复合加固