预制混凝土节段桥梁抗剪连接结构性能评估外文翻译资料

预制混凝土节段桥梁抗剪连接结构性能评估

摘要：

本研究的目的是研究具有抗剪连接结构的预制混凝土节段桥梁的性能。处理系统性能的目标是最大化发挥结构的震后功能并最大限度地减少直接和间接的社会损失。该系统还可以减少施工现场的工作量，并缩短施工周期。预制混凝土节段桥梁模型在恒定轴向荷载和周期性反向水平荷载下进行试验。计算机程序RCAHEST（高级评估系统技术中的钢筋混凝土分析）用于分析钢筋混凝土结构。基于有限元方法使用粘结腱元件，该方法可以表示预应力混凝土构件的腱和混凝土之间的相互作用。为了预测具有抗剪连接结构的节段接头的非弹性行为，修改了接头元件。本研究记录了预制混凝土节段桥梁在循环荷载作用下的试验，并根据实验和分析结果提出了结论和设计建议。关于全尺寸结构的实施，将在未来进行替代建筑细节的调查，在地震作用下而非准静态侧向荷载下的性能以及设计程序和指南的制定。

1.简介

近年来，由于对建筑周期缩短和对创新设计的需求，增加了混凝土桥梁的预制分段施工的使用，这些设计产生了安全，经济和高效的结构[1]。 然而，对地震前预制节段桥梁的行为和性能缺乏了解，因此它们尚未实现在地震区域的广泛使用[2]。 此外，对于预制混凝土节段桥梁的地震响应，以前也只进行过有限的研究[3-8]。

预制分段柱在地震荷载作用下的性能与传统钢筋混凝土柱的性能基本不同。 预制分段柱的响应类似于摇摆基础，其中一旦由重力提供的弯矩阻力被克服，基础将从地面升起。

在预制混凝土节段式桥梁中，大多数大型结构变形不是由于铰链区域内的塑性变形造成的，而是由整个柱在其基础上的刚性转动引起的。与传统钢筋混凝土柱相比，预制体系的滞回耗能较小。后张法保持弹性，这意味着在循环加载过程中，由于塑性变形导致的能量耗散很少。

对于节段柱的抗震性能，尤其是节段柱节段节点的抗震性能知识有限[9，10]。本文着重介绍了节段节点的详细设计。任何新的预制桥梁施工方法的发展，都需要对预制连接的设计细节进行严格的研究，以确保它们在桥梁的使用寿命内按预期运行。

本研究的目的是建立具有抗剪连接结构的预制混凝土节段桥柱在横向地震荷载作用下的受力性能，并制定设计程序。在预应力筋管中引入了连续穿过节段的抗剪连接结构，用于加强剪力传递。该体系具有较小的残余位移、较高的延性和良好的滞回耗能能力。

本文将对预制混凝土分段桥梁柱进行大规模试验模拟。本文的研究工作包括分析和试验研究预制混凝土分段桥梁柱在横向地震荷载作用下的受力性能。

提出了一种具有抗剪连接结构的预制混凝土节段式桥梁柱的性能评价方法。该方法采用作者开发的非线性有限元分析程序(RCAHEST，即“高级评价系统技术中的钢筋混凝土分析”）[11-16]。在RCAHEST的结构单元库中加入了一个改进的节点单元，从而可以用来预测具有抗剪连接结构的节段节点的非弹性行为。

2.具有抗剪连接结构的预制混凝土节段式桥梁柱

本研究的目的是为中等地震区开发预制节段后张法混凝土柱。节段接缝连续的抗剪连接结构被添加到柱中以补充能量消耗，并被详细描述为在临界接头处过早断裂(见图1)。

图一 抗剪连接结构的细节

分段预制混凝土桥梁柱由相对较小，易于处理的部分组成。 这些节段预制有对齐的管道，以便在节段被放置在场中时允许后张紧股线穿过柱。 每个柱段的末端都有一个新开发的抗剪连接结构，以促进段之间的剪切转移。 它们在柱段的滞回能和延性方面也起着重要的作用。

为了防止在节段连接处发生剪切破坏，本文对已开发的抗剪连接结构psy的抗剪强度按下式进行评估：

(1)

其中，tau;_Sy=抗剪连接结构的剪切屈服应力（ =）； =抗剪连接结构的内径；而Ti=剪切的厚度电阻连接结构；这个方程式是基于Arai等人的研究。[9]

只有预应力粘结筋在节段节点上是连续的。该柱能够在侧向漂移后返回到原来的位置。随着时间的推移，这已成为地震研究界的一个日益有利的特征，因为关键桥梁的抗震后可维修性非常重要。 另一方面，有限的塑性变形也意味着分段柱发生有限的损伤。

事实上，在目前的实践中使用粘结预应力筋的主要目的是保护钢筋免受腐蚀，而不是增加钢筋混凝土柱的侧向强度。 在这项研究中，对在节段柱中使用粘结预应力筋进行了调查。

当柱子已经组装好后，通过管道放置后张力股线并张紧至预定的应力水平，以满足桥柱的使用和极限状态要求。

新开发的混合动力系统是一种预制混凝土系统，该系统在预制节点处结合了粘结预应力筋和抗剪连接结构，具有满意的滞后耗能和卸载时残余位移小的滞后性能。

3实验计划

在反复荷载作用下，对5个柱试件进行了连续轴向荷载试验。混凝土节段节点的设计具有足够的抗剪能力，以防止剪切破坏。为了达到良好的滞回耗能，设计了抗剪连接结构，使其跨越节段连续。对节段节点进行了评估，以确保不发生节理剪切滑移破坏。

约束钢的设计是为了确保核心混凝土在受压时表现出足够的延性能力。在中等地震区预制节段柱的设计中，采用现行规范[17]关于潜在塑性铰区混凝土约束的规定是合适的。

3.1测试样本

设计了三个分段柱试样用于侧向载荷试验，分别命名为PT10AD25，PT30AD25和PT50AD25。 预应力从0.1到0.5不等。 此外，还设计了两个柱状试样，用于横向加载下的常规柱，标记为RCAD25，PT30AD25NS。 表1列出了试样的机械性能，几何细节示于图2-4中。所有柱状试样均在0.10常数下测试，按压轴向荷载来模拟桥梁上部结构的重力荷载。

标本由预制段和基础块组成。 基础为2600 mmtimes;1200 mmtimes;750 mm（宽度乘高度）。 预制节段与抗剪连接结构连接，节段连接处没有连续的粘结加强。 每个细胞柱标本都有6根预应力钢绞线。 样品的预制部分被制造出来。 为了最大限度地提高建筑速度和底层结构的耐久性，开发了一种带有环氧树脂连接件的铸模节段系统。 因为环氧树脂接头具有优异的耐用性，所以建议采用环氧树脂接头匹配铸造环节，而不是干接头。

图2 RCAD 25标本的详细情况

图3 PT30AD25NS标本的详细情况

图4 节段标本(PT10AD25，PT30AD25，PT50AD25)的细节。

表1 试件的性质

然后基于在位移控制中运行的横向致动器手动触发测量。 采取了一些措施来确保柱的非弹性行为。 用应变片测量横向钢筋和抗剪连接结构中的应变。

3.2.试验程序

图5显示了试样的测试设置的示意图。对于每个测试，柱脚通过高强度后张力杆连接到实验室强地板。循环晚点负荷应用于柱子上，顶部由伺服控制的1000 kN容量的液压执行机构，行程plusmn;250 mm，伸到实验室的坚固墙壁上。在执行器中监控水平负载水平，通过称重传感器进行测试，并使用串行位移传感器和独立参考系测量传动装置水平位移。轴向负载组件包括吊具梁，高强度杆，手动控制的负载千斤顶和称重传感器。将荷载施加到试样两侧的高强度杆上，并通过吊具梁将荷载传递到桥柱。对于受到循环加载的样本，在置换控制下施加0.25％，0.5％，1.0％，1.5％，2.0％，2.5％，3.0％，3.5％，4.0％，4.5％ 5％，5.5％，6％，7％，8％，9％，和10％。每个循环重复两次以允许在相同幅度的重复加载下观察强度退化。

图5 加载装置

3.3 试验成果

试件的侧向荷载-位移响应如图6-10所示。图6-10还显示了柱的设计抗剪强度和破坏时的破坏模式。从设计规范[17]中得到的设计抗剪强度对应5个柱试件(RCAD 25，PT30AD25NS，PT10AD25、PT30AD25和PT50AD25)。损伤集中在柱脚节点处。

如测试所指出的，样本PT10AD25，PT30AD25和PT50AD25的滞后曲线形状（图8-10）的相似性主要归因于测试设置的几何形状。 预制系统的重新定心特性由靠近原点的压缩磁滞回线所证明。重新居中行为是由于预应力的水平分量造成的，它在横向偏转时作用于柱上。由于预应力钢在试验过程中没有屈服，所以在试验过程中保持水平恢复力。

在分割试样的试验过程中，在混凝土试样表面发现很少裂缝。随着施加的横向位移增加，联合基础 - 桩柱节段处的关节开口增加。几乎整个联合开口集中在联合基础柱段。在测试结束时其他关节没有明显打开。在3％

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