高强钢丝网增强UHPC加固混凝土桥墩抗震机理与设计方法研究
批准号:
52068024
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
任亮
依托单位:
学科分类:
结构工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
任亮
中文摘要
既有钢筋混凝土桥墩早期设计规范不合理、施工缺陷以及长期使用过程中的损伤、老化是其在地震作用下易于破坏的重要原因,应用UHPC进行外包加固可有效发挥材料在耐久性和断裂韧性方面的优势,但现有抗震加固方式未能充分利用UHPC材料的损伤容限。为此,本项目提出采用UHPC匹配高强钢丝网,对混凝土桥墩塑性铰区域进行预防性抗震加固,力求最大程度提升其抗震性能。本项目主要研究内容包括:(1)通过压弯构件非线性承载力分析理论,优化加固桥墩试件抗震设计参数;(2)开展界面粘结性能试验和拟静力试验,探讨UHPC与混凝土桥墩界面变形协调机制;(3)建立加固桥墩抗震有限元模型,结合拟静力试验研究,揭示高强钢丝网增强UHPC加固混凝土桥墩损伤劣化机理;(4)基于系统的试验研究和数值分析,构建加固桥墩恢复力和塑性铰长度数学模型,提出高强钢丝网增强UHPC加固混凝土桥墩抗震设计方法,为其工程应用提供理论支撑和设计参考。
英文摘要
The reasons such as the unreasonable design code in the early, construction defect, damage and degeneration during the long-term use for the existing reinforced concrete piers, will result in the potential failure of the structures under the earthquake. The superiority of the material on the durability and fracture toughness can occur when the reinforced concrete piers are strengthened by UHPC. However, the existing strengthening modes using UHPC can’t completely develop the damage tolerance of the material. Therefore, a preventative seismic retrofitting of concrete piers using UHPC jackets and high-strength steel wire meshes is proposed in the project for promoting the seismic performance of the concrete piers. The research content is mainly as follows: (1) The capacity analysis of beam and column is carried out to optimize the design parameters of the retrofitted concrete pier specimens; (2) Based on the interface adhesion and cyclic loading tests, the mechanism of interface deformation compatibility between UHPC and concrete pier is discussed; (3) The damage degradation process under the cyclic loading for the concrete piers strengthened by ultra-high performance concrete jackets and high-strength steel wire meshes is estimated, based on the established ductility analysis model and the cyclic loading test; (4) After the systematic experimental study and simulated analysis, the mathematical models including the restoring force and plastic hinge length are established, and the seismic design method of the strengthened pier is put forwards, which will provide the theoretical support and designed reference for the engineering application.
本项目针对既有钢筋混凝土桥墩早期设计规范不合理、施工缺陷以及长期使用过程中的损伤、老化等导致的抗震不良,应用高强钢丝网匹配UHPC对其进行外包抗震加固,在充分发挥材料耐久性和断裂韧性的基础上,力求高效利用UHPC材料的损伤容限。主要研究内容包括:(1)通过劈裂抗拉试验和界面直剪试验,明确了加固区域界面粗糙度采用灌砂法控制,界面剂选用水泥净浆。此后,基于平截面假定,采用截面纤维模型构建了加固桥墩非线性承载力分析模型,优化了加固桥墩试件加固高度、加固厚度和高强钢丝网强度等设计参数取值。(2)开展了高强钢丝网增强UHPC加固混凝土桥墩拟静力试验研究,建立了考虑高强钢丝网约束效应的UHPC加固混凝土桥墩抗震有限元模型。试验研究表明,高强钢丝网匹配UHPC不仅能提升加固层的套箍效应,而且能充分发挥UHPC材料断裂韧性,使加固后试件滞回曲线更为饱满,位移延性系数和耗能能力均得到了一定程度的提升,而试件的强度退化和刚度退化得到一定的缓解;当加固厚度和高度分别为50mm和450mm时,加固试件位移延性系数和累计耗能相对于对比墩提升了31%和245%。数值分析表明,加固桥墩的位移延性系数随着轴压比的增大而降低,随着高强钢丝网强度和加固厚度的增大呈现出先增加后降低的趋势,随着加固高度的增高而降低。(3)基于试验研究和数值分析,构建了考虑UHPC加固高度与厚度影响的高强钢丝网增强UHPC加固钢筋混凝土桥墩恢复力模型,提出了高强钢丝网增强UHPC加固桥墩塑性铰长度回归公式,建议抗震加固设计时轴压比不宜大于0.3,UHPC加固厚度宜按50mm取值,UHPC加固高度应覆盖加固前墩柱的塑性变形区域,高强钢丝网强度在800-1600MPa区间取值。通过对本项目的研究,不仅揭示了加固桥墩在往复荷载作用下的损伤劣化过程及工作机理,而且将为UHPC材料在抗震加固设计领域中的应用提供理论支撑。
高强钢筋增强UHPC预制管-NC组合桥墩抗震机理与设计方法研究
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批准号:52368015
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:31万元
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批准年份:2023
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负责人:任亮
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依托单位:
国内基金
海外基金