预应力钢套箍-FRP复合加固RC桥墩抗震性能与设计方法研究

In view of the insufficient seismic behavior of existing reinforced concrete (RC) bridge piers and limitation of strengthening techniques for RC bridge piers, a new strengthening technique for RC bridge piers using prestressed steel jackets(PSJ) and fiber reinforced polymer (FRP) jackets is proposed. Experimental research and theoretical analysis will be carried out systematically to study the seismic behavior, shear behavior and axial compression behavior of RC bridge pier strengthening with PSJ and PSJ-FRP. Study parameter includes reinforcement type, section form, shear-span ratio,reinforcement rate and prestress level. Through the test on axial compression behavior, constitutive laws of concrete confined by PSJ and PSJ-FRP, distribution law of stress between PSJ and FRP and calculation method of axial bearing capacity for reinforcing piers will be studied. Through the test on seismic behavior and shear behavior,the influence laws of test parameters on strength, stiffness, ductility, energy dissipation and failure pattern of strengthening piers will be analyzed in different stages. Under horizontal earthquake calculation methods of strength, stiffness and deformation in different stages of strengthening RC piers and restoring force model will be proposed. Finally, the seismic strengthening design method of RC bridge piers strengthening with PSJ-FRP will be established. This investigation will provide a new strengthening technique for seismic strengthening of existing RC piers, and the application of the new strengthening technique will greatly enhance the earthquake resistant and disaster prevention capability of bridge.

针对既有RC桥墩普遍存在的严重抗震缺陷和现有桥墩加固方法存在明显局限性等问题，提出采用预应力钢套箍(PSJ)和FRP套箍复合加固桥墩技术。系统开展采用PSJ加固方法和PSJ-FRP复合加固方法加固桥墩抗震性能、抗剪性能和轴压性能试验研究和理论分析，研究参数包括加固方式、截面形式、剪跨比、加固率和预应力水平等。通过轴压性能试验，研究PSJ和PSJ-FRP复合约束下混凝土本构关系、不同受力阶段加固材料间的应力分配规律和加固桥墩轴向承载力计算方法。通过抗震性能和抗剪性能试验，研究各试验参数对桥墩各受力阶段强度、刚度、延性、耗能和破坏形态等的影响规律。建立加固桥墩抗弯、抗剪、轴压承载力计算方法、加固桥墩水平地震作用下各受力阶段强度、刚度、变形计算方法和恢复力模型，最终形成PSJ和FRP复合加固桥墩抗震加固设计方法。研究成果将为大量既有桥墩抗震加固提供一种新的选择，其应用将有效提升桥梁抗震防灾能力。

桥梁为生命线工程的重要组成部分，是交通枢纽的“咽喉”，桥梁的破坏将导致生命线的中断，造成的损失不可估量。桥墩是桥梁的主要承重和抗侧力构件，桥墩的破坏往往会引起桥梁的整体倒塌。大量实际震害表明，既有桥梁普遍存在桥墩抗震性能不足，急需进行抗震加固。本项目针对目前桥墩加固技术存在的明显局限性，考虑到桥墩加固存在体量大，外包加固需求高，户外环境对防腐耐久的要求等特点，提出采用预应力钢套箍(PSJ)和FRP 套箍复合约束钢筋混凝土(RC)桥墩加固技术，并针对该桥墩项加固技术的加固性能和设计方法开展系统研究。 .重点开展的研究内容如下：(1) 预应力钢板箍成套技术研发，针对圆形截面RC桥墩研发一种新型的预应力加力部件可拆卸的改进型钢板箍，该改进型预应力箍板具有施工便捷，加力部件可拆卸重复使用，加固后不改变原截面尺寸，不影响原结构的地震剪力分配等优点。(2) 开展预应力钢套箍加固RC桥墩轴压性能试验研究，重点研究预应力度和配箍特征值对加固试件轴压性能的影响和变化规律。提出预应力钢套箍加固RC桥墩的轴压承载力计算公式。(3) 预应力钢套箍加固RC桥墩抗震性能试验研究，研究参数包括：预应力水平、轴压比、箍板特征值。提出适用于预应力圆形钢板箍加固桥墩的刚度退化三线型恢复力模型。(4) 开展应力钢板箍约束RC墩柱震损后残余轴压性能试验研究。重点研究预应力水平、配箍特征值对震损PSJ约束墩柱残余轴压性能的影响。提出PSJ约束墩柱震损残余轴压承载力建议计算公式。(5) 开展预应力钢套箍-FRP复合加固RC桥墩轴压性能试验研究。重点研究预应力度、钢板箍配箍特征值和CFRP配置特征值对加固RC桥墩轴压性能的影响规律，分析CFRP与PSJ共同作用机理，提出预应力钢套箍－FRP复合加固RC墩柱的轴压承载力计算公式。