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桥梁钢盖梁与混凝土墩柱连接位置的优化设计与分析

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广东公路交通 2024年第1期50卷 35-42页

作者：梁全章郭文华谭泽寅周军勇广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司广东广州510507 广州大学土木工程学院广东广州511442

在公路绿色化建设和工业化建造的发展浪潮下,对桥梁下部结构进行标准化设计和装配式施工越来越引起重视。为解决传统的钢筋混凝土盖梁装配吊装重量大、超宽桥梁悬臂长、盖梁下部有通行需求等问题,钢盖梁应运而生。目前我国关于钢盖梁与... 详细信息

在公路绿色化建设和工业化建造的发展浪潮下,对桥梁下部结构进行标准化设计和装配式施工越来越引起重视。为解决传统的钢筋混凝土盖梁装配吊装重量大、超宽桥梁悬臂长、盖梁下部有通行需求等问题,钢盖梁应运而生。目前我国关于钢盖梁与混凝土墩柱连接的关键技术以及钢混结合段分布位置的研究还不完善,工程经验尚有欠缺。基于此,结合公路钢盖梁的设计建造经验,建立有限元模型,明确钢盖梁与混凝土墩柱的连接构造型式,并对钢盖梁与混凝土墩柱的钢混连接位置进行优化设计与分析,提出了钢盖梁与混凝土墩柱的标准化连接形式,为钢盖梁与混凝土墩柱的连接设计及发展提供参考。

关键词：公路桥梁钢盖梁混凝土墩柱连接位置钢混结合段优化设计

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混凝土墩柱塑性铰区箍筋设计用量试验研究

土木工程学报 2019年第12期52卷 114-123页

作者：邵长江韦旺漆启明王猛胡晨旭肖正豪肖来川西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室四川成都610031

建立塑性铰区箍筋用量与墩柱抗震性能目标的定量关系,通过延性指标计算箍筋设计用量,是当前延性抗震构造设计的重要研究内容。大批学者给出众多箍筋用量的计算公式,但其中大部分无法给出任意延性系数对应的设计配箍率,少量可定量公式的... 详细信息

建立塑性铰区箍筋用量与墩柱抗震性能目标的定量关系,通过延性指标计算箍筋设计用量,是当前延性抗震构造设计的重要研究内容。大批学者给出众多箍筋用量的计算公式,但其中大部分无法给出任意延性系数对应的设计配箍率,少量可定量公式的适用性和准确性有待提高。为此,基于课题组21个桥墩试验结果、PEER数据库中135个墩柱试件及相关学者的18个墩柱试件,在大量试验数据的基础上,分析实心及空心墩延性性能的主要影响因素,以轴压比、剪跨比、纵筋及混凝土强度、配筋率及位移延性系数等为参数,回归得到不同类墩柱塑性铰区约束箍筋用量的简化算式。关于试验墩柱的计算结果表明,回归公式比既有公式更适用于估算各类墩柱约束箍筋的设计用量。

关键词：混凝土墩柱塑性铰区箍筋用量位移延性系数回归公式

BFRP模壳不排水加固混凝土墩柱轴压性能试验研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2020年第11期47卷 95-105页

作者：张景杭吴兆旗姜绍飞梁子杨福州大学土木工程学院福建福州350108

为实现不排水快速加固桥梁水下混凝土墩柱目的,基于水下自应力不分散混凝土及“装配式”理念,提出一种BFRP(Basalt Fiber Reinforced Polymer)模壳不排水快速加固水下混凝土墩柱的加固方法.为研究采用该方法加固的混凝土墩柱的轴压性能... 详细信息

为实现不排水快速加固桥梁水下混凝土墩柱目的,基于水下自应力不分散混凝土及“装配式”理念,提出一种BFRP(Basalt Fiber Reinforced Polymer)模壳不排水快速加固水下混凝土墩柱的加固方法.为研究采用该方法加固的混凝土墩柱的轴压性能,共设计、制作了8个试件进行轴心受压试验,研究了BFRP模壳加固、填充混凝土性能、填充层厚度、养护环境等因素对试件的轴压破坏模式、承载力、延性等的影响.试验结果表明:BFRP模壳加固可有效提高试件的承载能力与延性;采用水下自应力不分散混凝土作为填充层,掺入适量的膨胀剂,同时控制填充层的加固厚度,有利于获得更好的加固效果;淡水环境下,BFRP模壳加固试件的极限承载力要优于海水环境下的试件等.根据试验结论及现有的一些约束混凝土柱轴压承载力公式,建议了BFRP模壳约束加固混凝土墩柱的轴压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.

关键词：不排水加固 BFRP模壳混凝土墩柱轴压性能承载力计算

CFRP加固混凝土墩柱温度自应力及参数研究

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铁道学报 2007年第1期29卷 127-131页

作者：丁南宏钱永久林丽霞兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

基于平截面假定,考虑碳纤维布(CFRP)与混凝土的热膨胀系数不同,根据自平衡力系条件建立CFRP加固任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或年温差引起的温度自约束变形求解方程。进而推导出CFRP加固混凝土矩形、箱形墩柱在指数温度梯度下和... 详细信息

基于平截面假定,考虑碳纤维布(CFRP)与混凝土的热膨胀系数不同,根据自平衡力系条件建立CFRP加固任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或年温差引起的温度自约束变形求解方程。进而推导出CFRP加固混凝土矩形、箱形墩柱在指数温度梯度下和均匀温度梯度下的温度自应力解析式,并结合混凝土板壁式柔性墩算例分析,表明CFRP中将产生可观的温度自应力,在CFRP加固混凝土构件设计时应予考虑。最后讨论了CFRP的厚度、热膨胀系数、弹性模量和混凝土强度等级(弹性模量)、截面宽度、高度等参数对CFRP加固混凝土矩形墩柱温度自应力的影响,其结论对CFRP加固混凝土构件的受力分析及加固设计有一定的参考价值。

关键词：碳纤维布加固混凝土墩柱温度自应力日照辐射均匀降温热膨胀系数

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配高强纵筋的混凝土墩柱的地震损伤模型

地震工程与工程振动 2014年第S1期34卷 692-698页

作者：肖潇李朝晖刘胜波胥奇关富玲南华大学城市建设学院湖南衡阳421001 中国建筑第六工程局有限公司天津300457 浙江大学土木工程学系浙江杭州310058

本文在引入表征高强钢筋数量的预应力度的基础上考虑最大变形和累积能量耗损的非线性组合,提出了适应于配有高强纵筋的混凝土墩柱的地震损伤模型。为验证该模型的正确性,采用有限元软件ANSYS模拟了配有不同数量的高强纵筋混凝土墩柱的... 详细信息

本文在引入表征高强钢筋数量的预应力度的基础上考虑最大变形和累积能量耗损的非线性组合,提出了适应于配有高强纵筋的混凝土墩柱的地震损伤模型。为验证该模型的正确性,采用有限元软件ANSYS模拟了配有不同数量的高强纵筋混凝土墩柱的滞回曲线、裂缝发展过程以及破坏情况,通过与Hindi和Sexsmith建议的混凝土墩柱的破坏等级相对照,验证了所提模型的正确性。通过将所提的损伤模型与现有的几种典型的混凝土墩柱的损伤模型作比较分析表明,所提的地震损伤模型比其它的地震损伤模型更能准确地表达配有高强纵筋的混凝土墩柱的损伤特征,与实际更相符合。

关键词：高强纵筋混凝土墩柱改进的地震损伤模型损伤指数 ANSYS

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海洋环境下混凝土墩柱的耐久性模拟

混凝土 2013年第7期 11-14页

作者：李根涛方从启上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

海洋环境条件下混凝土墩柱的耐久性配合比和构造一直是耐久性设计的重点,因耐久性设计不足给国家和社会带来了严重损失。基于全寿命成本分析软件life-365,通过分析保护层厚度、水灰比、掺合物、扩散系数对氯离子侵蚀期的影响,得到了如... 详细信息

海洋环境条件下混凝土墩柱的耐久性配合比和构造一直是耐久性设计的重点,因耐久性设计不足给国家和社会带来了严重损失。基于全寿命成本分析软件life-365,通过分析保护层厚度、水灰比、掺合物、扩散系数对氯离子侵蚀期的影响,得到了如下结论:①保护层厚度的增加能极大地延长氯离子侵蚀期,有效地延迟了钢筋锈蚀发生的时间。②降低水灰比可以提高氯离子侵蚀期,但增幅相对有限。③掺合料的种类和掺和量对氯离子侵蚀期的长短影响显著,添加掺合料对提高混凝土构筑物的耐久性有着极大意义。④海洋环境下混凝土墩柱的耐久性不仅与扩散系数有关,还与水化系数有关,仅通过判断特定时间点氯离子扩散系数大小无法判断其耐久性性能的优劣。

关键词：海洋环境混凝土墩柱氯离子侵蚀期耐久性

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受腐蚀钢筋混凝土墩柱抗侧向冲击性能研究

受腐蚀钢筋混凝土墩柱抗侧向冲击性能研究

作者：邱春杰上海交通大学

学位级别：硕士

随着我国交通基础建设的飞速发展,全国各地兴建或规划建设大量内河和跨海桥梁。对于大型桥梁,车辆、船舶或海上漂浮物撞击桥墩的事故时有发生。同时,处于海洋环境中的跨海大桥桥墩受到氯离子的侵蚀导致混凝土构件中的钢筋腐蚀,耐久性退... 详细信息

随着我国交通基础建设的飞速发展,全国各地兴建或规划建设大量内河和跨海桥梁。对于大型桥梁,车辆、船舶或海上漂浮物撞击桥墩的事故时有发生。同时,处于海洋环境中的跨海大桥桥墩受到氯离子的侵蚀导致混凝土构件中的钢筋腐蚀,耐久性退化而提前失效,其规律有待深入研究。因而研究受腐蚀钢筋混凝土墩柱的抗侧向冲击性能具有重要的工程意义和学术价值。本文通过快速腐蚀和落锤冲击试验完成8根不同腐蚀率的钢筋混凝土墩柱的抗侧向冲击性能的试验研究;通过考虑混凝土墩柱的材料率效应,钢筋腐蚀力学性能退化,钢筋混凝土腐蚀粘结性能退化以及冲击侵彻性能,分析得到腐蚀钢筋混凝土墩柱的极限状态计算方法;利用ANSYS/LS-DYNA对试验进行数值模拟,通过钢筋力学性能的退化模拟钢筋腐蚀作用,综合分析获得腐蚀率对钢混墩柱抗侧向冲击性能的影响。在此基础上进行拓展,分析支座形式以及混凝土强度对其抗侧冲击性能的影响。得到以下主要结论:(1)随着腐蚀率的增加,钢筋混凝土墩柱的初始锈胀裂缝宽度和长度增加明显。(2)不同腐蚀率试件在冲击荷载作用下呈现不同破坏形态。低腐蚀率试件的破坏模式为冲击处混凝土侵彻压碎并由弯剪裂缝开展导致弯剪破坏,高腐蚀率试件破坏模式为冲击处混凝土侵彻压碎以及无预警的剪切脆性破坏。腐蚀率的增加降低墩柱抗侧冲击延性。(3)高腐蚀率的混凝土墩柱的平均冲击力和峰值冲击力在低冲击工况下大于低腐蚀率墩柱,在破坏工况下,高腐蚀率墩柱的平均冲击力和峰值冲击力均小于低腐蚀率试件,腐蚀率影响试件的最终破坏模式,同时降低试件的冲击承载力。(4)高腐蚀率试件的拉区钢筋的峰值应变和平均应变较低腐蚀率试件出现明显降低。主要原因是钢筋的腐蚀导致钢筋与混凝土的粘结性能退化,使钢筋应变滞后。使用钢筋应变滞后系数?考虑钢筋腐蚀作用导致的应变滞后,计算结果与试验结果接近,误差在6.8%。(5)腐蚀钢筋混凝土墩柱的冲击极限状态计算方法主要考虑材料的率效应,腐蚀钢筋的力学性能退化,腐蚀钢筋的应变滞后,冲击区域的混凝土侵彻退化。计算结果与试验结果误差在5.27%。(6)有限元分析中,观察试件的冲击主拉应力分布可以发现两端简支试件在冲击部位两侧各1/3处为试件冲击剪切破坏的薄弱部位;一端固支,一端简支的试件,主拉应力集中区域偏向固支端,试件跨中冲击区域靠近固支端侧1/3跨处成为试件的薄弱部位。同时试件的墩帽角部为受压薄弱部位。(7)高强度的混凝土峰值冲击力大于低强度的混凝土。由于混凝土材料的率敏感性,在冲击速度较低时,混凝土的冲击力涨幅较小,冲击速度较高时,混凝土的冲击力涨幅明显变大。

关键词：混凝土墩柱腐蚀侧向冲击率效应破坏

波浪作用下海工混凝土墩柱轴心受压承载力试验研究

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波浪作用下海工混凝土墩柱轴心受压承载力试验研究

作者：蒋俊南江苏大学

学位级别：硕士

近年来,沿海城市经济发展较为迅速,但复杂的海洋环境使得海工混凝土墩柱的承载力急剧退化,严重影响上部结构的安全,因此开展海工混凝土墩柱承载力试验研究具有一定的现实意义。本文在国家自然基金项目波浪作用下海工混凝土结构动态损伤... 详细信息

近年来,沿海城市经济发展较为迅速,但复杂的海洋环境使得海工混凝土墩柱的承载力急剧退化,严重影响上部结构的安全,因此开展海工混凝土墩柱承载力试验研究具有一定的现实意义。本文在国家自然基金项目波浪作用下海工混凝土结构动态损伤试验研究(51508234)的资助下,开展了相关试验研究,主要内容如下:(1)基于莫里森方程,当波长、波高、建筑前水深、基床上水深均满足一定的限定条件下时,波浪荷载可近似简化成正弦式疲劳荷载。(2)通过墩柱持续加载下的通电加速锈蚀试验,以及后续的疲劳试验和轴心受压加载试验,分析了钢筋腐蚀电流密度的发展规律,混凝土残余应变和裂缝宽度的变化规律以及承载力退化规律,结果表明质量锈蚀率均低于理论锈蚀率;疲劳过程中,墩柱的残余应变和裂缝宽度的退化规律十分接近,锈蚀率对两者的影响较大,当目标锈蚀率为10%时,疲劳加载频率对两者几乎无影响;加压过程中,墩柱发生脆性破坏,锈蚀率严重影响墩柱承载力,极限应变和泊松比,但疲劳加载频率对以上三者均影响甚微。(3)基于混凝土结构设计规范,钢筋的疲劳S-N曲线对数方程,P-M线性累积损伤理论以及一些学者提出的包括钢筋屈服强度退化公式,钢筋混凝土协同工作系数,质量锈蚀率和截面锈蚀率关系方程,提出疲劳荷载后锈蚀钢筋混凝土墩柱的轴心受压承载力计算公式,本文以及一些学者的试验值与按公式计算得到的理论值基本吻合,提出钢筋锈蚀影响系数,对承载力计算公式进行修正。(4)基于泰州市某化工厂的框架柱加固修复案例,对本文体提出的承载力公式中的某些参量作一定调整,计算框架中柱在各个阶段的承载力,与锈蚀钢筋混凝土柱承载力估算软件的结果对比,发现除了加固后框架中柱的承载力对比有偏差外,其余阶段的承载力数值相当接近。(5)基于连云港69号泊位码头相关的检测分析,提出了波浪荷载下钢筋应力的计算公式,扩大了锈蚀率和裂缝宽度的变化范围,估算了2008年和2019年连云港码头墩柱的承载力,并介绍了一些墩柱监测和防护技术。

关键词：混凝土墩柱波浪作用锈蚀疲劳荷载承载力

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受腐蚀钢筋混凝土墩柱的性能退化研究

受腐蚀钢筋混凝土墩柱的性能退化研究

作者：朱杰上海交通大学

学位级别：硕士

海工混凝土结构因处于氯离子浓度高的环境中且预期使用年限长，在服役过程中可能会受到不同程度的锈蚀损伤而导致性能退化，性能变化之后的结构在外荷载作用下可能会脱离预期要求而造成严重的危害，故研究受腐蚀钢筋混凝土墩柱性能退化... 详细信息

海工混凝土结构因处于氯离子浓度高的环境中且预期使用年限长，在服役过程中可能会受到不同程度的锈蚀损伤而导致性能退化，性能变化之后的结构在外荷载作用下可能会脱离预期要求而造成严重的危害，故研究受腐蚀钢筋混凝土墩柱性能退化具有重要的工程意义。本文通过制作8根混凝土墩柱试件，试验研究了腐蚀钢筋混凝土墩柱承受不同形式荷载作用下的性能变化，并基于扩展有限元法（XFEM）和混凝土黏聚力模型运用软件ABAQUS对钢筋非均匀锈蚀膨胀保护层混凝土锈胀开裂的过程进行了数值模拟，研究初始损伤裂缝、混凝土强度、保护层厚度及钢筋直径对保护层内裂纹萌生、扩展及混凝土力学性能的影响，通过试验和数值分析研究，得出以下主要结论：（1）水平荷载往复作用下，钢筋锈蚀对墩柱的开裂荷载基本没有影响，而对墩柱的屈服强度和极限强度有一定影响，较小锈蚀率对试件的极限承载能力影响不明显;锈蚀率较大的试件降低程度相当显著，纵筋锈蚀率7.16%、箍筋锈蚀率18.27%的试件平均承载能力降低了11.5%，纵筋锈蚀率为8.00%、8.41%、7.96%，箍筋未锈的试件，其对应的平均极限承载能力分别下降了8.3%、8.3%和6.7%。（2）水平往复荷载作用下墩柱的荷载-位移曲线在正、负方向上呈不对称状，而同一试件中，纵筋锈蚀严重一侧的屈服荷载与极限荷载较另一侧更高，甚至与未锈蚀试件的承载能力相当，主要是钢筋锈蚀不均匀和螺旋箍筋共同作用的结果。（3）钢筋锈蚀使墩柱提早进入屈服，而箍筋良好的约束作用使墩柱极限位移基本保持不变，故在一定锈蚀程度内，钢筋锈蚀能较大程度地提升螺旋箍筋墩柱的延性;但降低了滞回耗能能力，锈蚀率越大，降低越明显，特别是纵筋（7.16%）、箍筋（18.27%）均锈蚀严重的试件，其耗能能力较未锈蚀试件下降了16.7%。（4）轴向重复荷载快速加载作用对腐蚀墩柱性能没有显著影响，而保护层混凝土锈胀开裂导致钢筋、混凝土之间应变不协调。（5）采用XFEM与混凝土黏聚力本构模型能有效模拟保护层锈胀开裂的全过程而避免网格重划分，并且初始损伤裂纹的存在改变了混凝土内裂纹萌生的机理，抑制了内裂纹的萌生，却加速了裂纹开展贯穿保护层。（6）初始无损伤结构最终裂纹扩展贯穿保护层是锈胀位移和锈蚀产物渗入裂缝产生作用力共同作用的结果，且裂纹萌生基本对称分布于（-20°，-45°）或者（20°，45°），扩展角最终趋于120°，与试验观测结果基本吻合。

关键词：混凝土墩柱腐蚀耐久性裂缝 XFEM