Nguzo za daraja za safu mbili zilizotengenezwa awali ni mifumo muhimu ya kubeba mizigo inayoweza kupunguza kazi ya eneo na usumbufu wa trafiki katika ujenzi wa daraja ulioharakishwa; hata hivyo, katika maeneo yenye hatari kubwa ya tetemeko, miunganisho ya nguzo–msingi na nguzo–kofia iliyotengenezwa awali inahitaji kukaribia mifumo iliyomwagwa mahali katika uimara, ductility na uadilifu. Utafiti huu unapendekeza mfumo mpya wa muunganisho unaochanganya reinforcement overlap, tenon-socket positioning na post-cast ultra-high-performance concrete (UHPC) wet joint kati ya nguzo na msingi. Nguzo tatu za daraja za safu mbili za kiwango cha 1/3 zililinganishwa chini ya quasi-static cyclic loading: rejea ya CIP iliyomwagwa mahali, RWS-1-BGC inayotumia bellows grouting kwenye muunganisho wa kofia, na RWS-2-PTC inayotumia post-cast UHPC tenon-core connection. Uwezo wa juu wa kubeba mzigo wa mlalo wa sampuli zilizotengenezwa awali ulikuwa 940.50 na 925.48 kN mtawalia, juu ya thamani ya CIP ya 892.01 kN. Mzigo wa mwisho katika RWS-1-BGC ulifikia 870.74 kN, ongezeko la %14.8 dhidi ya CIP. Msingi wa nguzo ulioimarishwa kwa UHPC ulipunguza kujikusanya kwa uharibifu na plastic hinge moja kwa moja kwenye msingi na kuhamisha eneo la plastic deformation kwenda juu. Ingawa CIP ilikuwa na stiffness kubwa zaidi mwanzoni na residual displacement ndogo, kupungua kwa stiffness katika nguzo zilizotengenezwa awali kulitokea polepole zaidi. RWS-1-BGC ilionyesha single-cycle energy dissipation iliyo karibu na CIP kwenye displacement ileile na cumulative energy dissipation kubwa zaidi kutokana na ultimate displacement kubwa zaidi. Modeli ya ABAQUS Concrete Damage Plasticity ilizalisha tena experimental peak capacities kwa tofauti ya takribani %0.6–2.5; katika parametric analysis, athari ya UHPC joint height na column spacing ilikuwa ndogo, huku reinforcement ratio ikiwa mojawapo ya design variables zenye nguvu zaidi. Matokeo yanatumika tu kwa quasi-static experiments za kiwango cha 1/3 zilizochunguzwa na numerical model iliyothibitishwa nazo; mwendo halisi wa tetemeko, durability ya muda mrefu na field scale zinahitaji uthibitishaji tofauti.

Kwa nini muunganisho ni muhimu katika nguzo za daraja za safu mbili zilizotengenezwa awali?

Kwa kuwa katika mfumo uliotengenezwa awali nguzo, msingi na kofia hutengenezwa kama vipande tofauti, moment, shear force na axial load wakati wa tetemeko lazima zihamishwe kwa kuaminika kupitia interfaces hizi za assembly. Ikiwa muunganisho hautoshi, hata kama high-strength column body inabaki salama, uharibifu unaweza kujikusanya katika joint region na kupunguza ductility ya mfumo mzima.

Mfumo wa Reinforcement-Tenon UHPC Wet Joint Socket (RWS) uliopendekezwa na utafiti una kazi tatu kuu:

• tenon na socket hutoa geometric positioning wakati wa assembly,
• reinforcement ya nguzo na msingi huendelea kwa overlap ndani ya wet-joint region,
• UHPC yenye high strength na post-cracking load-carrying capacity kubwa huifanya region hii kuwa na tabia inayokaribia monolithic.

Sampuli tatu ziliundwaje?

Katika maandishi ya chanzo, maelezo kuhusu upande ambao foundation tenon ya RWS-1 na RWS-2 ipo hayalingani kikamilifu kati ya sehemu. Figure 2 inayoonyesha assembly ya RWS-2-PTC inaonyesha tenon iliyotengenezwa mapema kwenye column base ikiingizwa kwenye socket ya msingi, huku baadhi ya sentensi katika introduction na conclusion zikiyataja configurations hayo mawili kinyume. Kwa hiyo, miunganisho hapa imetofautishwa kwa usalama kwa kutumia aina za upper connection za BGC na PTC.

Viwango vya uimara wa materials ni vipi?

UHPC wet-joint region ya nguzo zilizotengenezwa awali ilibuniwa kwa upana wa 500 mm na urefu wa 450 mm, na reinforcement ratio ya %1.93 ilitumika katika eneo hili.

Quasi-static earthquake simulation ilitumikaje?

Hydraulic jacks mbili zilitumia vertical axial load, huku horizontal hydraulic actuator ikitoa bidirectional cyclic displacement kutoka cap level. Chanzo kinaripoti total vertical load ya 773.55 kN na axial compression ratio ya 0.2.

Horizontal displacement levels ziliongezwa kutoka 2 mm hadi 81 mm, yaani takribani %4 drift, na kila kiwango kilirudiwa kwa cycles tatu. Test ilisimamishwa wakati load-carrying capacity ilishuka chini ya %85 ya peak value au reinforcement ilipovunjika.

Muunganisho wa UHPC ulibadilishaje uharibifu?

Katika sampuli ya CIP, horizontal na diagonal cracks zilianza mapema zaidi; katika displacements zinazoongezeka, severe crushing na spalling ilitokea kwenye concrete cover ya column base. Katika sampuli zilizotengenezwa awali, enlarged base yenye UHPC ilichelewesha initial cracking na kupunguza base damage.

Uimarishaji huu haukuondoa kabisa plastic hinge, bali ulihamisha critical deformation kwenda kwenye normal-concrete regions zilizo juu ya UHPC. Kwa njia hii, huku uharibifu katika joint region ukidhibitiwa, column body inaweza kushughulikia sehemu kubwa zaidi ya earthquake energy kupitia deformation.

Kwa nini CIP ni ngumu zaidi mwanzoni?

Katika monolithic CIP system, top displacement ya nguzo hutokana hasa na column bending. Katika precast systems, pamoja na column bending, rotations ndogo hutokea kwenye assembly joints. Kwa hiyo initial stiffness ni kubwa zaidi katika CIP.

Hata hivyo, kadiri idadi ya cycles na displacement zilivyoongezeka, stiffness ya CIP ilipungua haraka zaidi kuliko ya nguzo zilizotengenezwa awali.

Mbinu na Matokeo

Uwezo wa mzigo–displacement

Peak capacities za RWS-1-BGC na RWS-2-PTC ni %5.4 na %3.8 juu ya CIP mtawalia. Ongezeko la ultimate capacity ni %14.8 na %4.3.

Utawanyaji wa nishati

Eneo lililofungwa na hysteresis curve linawakilisha energy dissipated katika cycle moja. Kwa displacement ileile, single-cycle energy dissipation ya RWS-1-BGC iko karibu na CIP na kwa ujumla ni kubwa kuliko RWS-2-PTC.

Kwa sababu RWS-1-BGC ilibeba mzigo hadi ultimate displacement kubwa zaidi, idadi ya cycles kwa jumla na hivyo cumulative energy dissipation ilikuwa kubwa kuliko CIP. Cap damage ya RWS-2-PTC katika large displacements ilizuia late-stage energy dissipation.

Equivalent viscous damping

Katika sampuli zote tatu, initial equivalent viscous damping ratio ni karibu 0.05 na huongezeka kadiri damage inavyoendelea. Kwa kuwa CIP mwanzoni ni structure yenye integration kubwa zaidi, ina damping ya juu katika hatua za kwanza za loading. Kadiri precast samples zinavyoendeleza damage katika large displacements, damping ratios zao hukaribia kiwango cha CIP.

Residual displacement

CIP ilionyesha residual displacement ndogo kuliko precast piers. Chanzo kinahusisha hili na monolithic structural integrity. Katika large displacements, PTC connection inasemekana kuboresha recentering behavior ikilinganishwa na BGC.

Curvature

Curvatures zilizopimwa katika column base na upper plastic-hinge regions ziliongezeka kadiri load amplitude ilivyoongezeka. Curvatures za precast samples zilibaki chini kuliko CIP katika levels nyingi za loading; enlarged UHPC base na UHPC upper connection zilipunguza local bending demand.

Modeli ya FEA

Katika modeli ya ABAQUS, Concrete Damage Plasticity approach ilitumika kwa C40 na UHPC. Concrete na UHPC ziliundwa kwa C3D8R elements, reinforcement kwa T3D2 elements; reinforcement iliingizwa ndani ya concrete kwa embedded-region constraint.

Katika contact interfaces, hard contact ilitumika katika normal direction, penalty friction katika tangential direction na friction coefficient ya 0.35. Baadhi ya post-cast UHPC–C40 connections ziliwakilishwa kwa Tie constraint.

Ingawa katika RWS-2 row iliyochapishwa ya Table 6 error sign inaonekana positive, source definition na namba zinaonyesha FEA iko chini ya experiment, kwa hiyo zinaendana na thamani ya −1.96% katika surrounding text.

FEA ilikadiria kupita kiasi initial stiffness ya precast samples na kutoa hysteresis iliyo more symmetric/full kuliko experimental cycles. Chanzo kinahusisha hili na assembly tolerances, additional joint flexibility na kutokujumuishwa kwa reinforcement–concrete bond-slip behavior katika modeli.

Parametric design analysis

Kuongezeka kwa reinforcement ratio kutoka %1.28 hadi %1.93 kuliongeza yield load kwa %9.6 na peak load kwa %18.6. Chanzo kinaonya kuwa reinforcement isiyotosha inaweza kusababisha failure ya mapema, huku reinforcement kupita kiasi ikipunguza plastic deformation capacity.

Kwa kuwa athari ya UHPC joint height kati ya 350–550 mm kwenye overall seismic performance ilionekana kuwa ndogo, waandishi wanapendekeza kuwa 350 mm inaweza kutosha kwa RWS-1-BGC. Thamani hii haikujaribiwa moja kwa moja kati ya sampuli tatu za kimwili, bali ilipatikana kutoka kwenye validated FEA model.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Precast double-column piers zenye UHPC wet joints zilitoa horizontal load-carrying capacity sawa au kubwa kuliko CIP katika quasi-static conditions zilizochunguzwa.
• UHPC base region ilichelewesha initial cracking na damage katika foundation region.
• Plastic hinge na damage demand zilihamishwa juu kutoka kwenye reinforced base.
• RWS-1-BGC ilionyesha single-cycle energy dissipation iliyo karibu na CIP na cumulative energy dissipation kubwa zaidi.
• Initial stiffness ya precast piers ilikuwa chini kuliko CIP, lakini stiffness degradation ilikuwa polepole zaidi.
• UHPC connections zilipunguza curvature demand.
• CDP-based ABAQUS model ilizalisha peak loads kwa viwango vidogo vya error.
• Kati ya parameters zilizochunguzwa, reinforcement ratio ilikuwa na athari kubwa zaidi kwenye load capacity na energy dissipation.

Majumuisho yasiyoungwa mkono na utafiti

• Utafiti si shake-table test yenye real earthquake record.
• Kwa kuwa kuna physical sample moja tu kwa kila connection type, statistical repeatability haijathibitishwa.
• Matokeo ya 1/3-scale samples hayapaswi kuchukuliwa moja kwa moja kama full-scale bridge performance.
• Long-term corrosion, environmental durability na repeated real-earthquake sequences hazikuchunguzwa.
• 350 mm UHPC joint height haijathibitishwa moja kwa moja katika laboratory experiment.
• Hakuna separate time-cost field test iliyofanywa kwa rapid-assembly advantage iliyotajwa katika chanzo.
• Residual displacement advantage ya PTC connection haimaanishi performance ya real prestressed self-centering bridge system.
• Kwa kuwa FEA haimodeli bond-slip waziwazi, haiwezi kukamata local joint deformations zote.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asilia:Seismic Performance Research of Precast Double-Column Piers with Reinforcement-Tenon UHPC Wet Joint Socket Connection.

Waandishi kwenye PDF: Jundong Fu, Hongmei Ren, Qi Li, Dianchao Wang, Shui Wan na Zheng Lu.

Taasisi: Department of Disaster Mitigation for Structures na State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University; Shanghai Urban Construction Vocational College; Department of Bridge Engineering, Tongji University; University of Tokyo; Southeast University.

Mwandishi wa mawasiliano kwenye PDF: Zheng Lu.

DOI: 10.2139/ssrn.7199959.

SSRN ID: 7199959.

Hali ya uchapishaji: Rekodi ya preprint/working paper ya kurasa 36 iliyochapishwa kwenye SSRN tarehe 31 Julai 2026. Toleo tofauti lililopitia peer review lenye title hiyo hiyo halijathibitishwa katika tarehe ya tathmini hii.

Dokezo la bibliographic metadata: SSRN web record inamwondoa Jundong Fu kwenye author list na kumwonyesha Zheng Lu mara mbili. PDF pia ina email line ya Yuyan Xie ambaye hayupo kwenye byline. Wakati wa kuandaa scientific identity ya Verianla, source PDF byline ilitumika kama msingi.

Jaribio: Three 1/3-scale double-column bridge piers, moja CIP na mbili precast; constant axial load na drift-controlled quasi-static cyclic lateral loading.

Material: C40 concrete, UHPC na HRB400 reinforcement. 28-day compressive strengths zilizopimwa ni 41.6 MPa kwa C40 na 129.4 MPa kwa UHPC.

Numerical model: ABAQUS; C3D8R concrete/UHPC, T3D2 reinforcement, Concrete Damage Plasticity, surface-to-surface contact, hard contact, friction coefficient 0.35, embedded-region na Tie constraint.

Modeling limitation: Reinforcement–concrete bond-slip behavior haikuwakilishwa kwa separate interface model na hali hii inaonyeshwa na chanzo kama maelezo muhimu hasa kwa tofauti za yield displacement na initial stiffness.

Dokezo la connection ndani ya chanzo: Mwelekeo wa RWS-1/RWS-2 foundation tenon-socket hauendani kati ya introduction/conclusion text na §2.1 pamoja na RWS-2 assembly Figure 2. Tofauti hii haijapatanishwa kimya kimya na Verianla.

Dokezo la Table 6 ndani ya chanzo: Ingawa RWS-2-PTC peak-load FEA value iko chini ya experiment, error sign kwenye jedwali inaonekana kuchapishwa positive; surrounding text inatoa −1.96%. Katika jedwali hilo hilo, kN/mm label ya peak-load column pia haiendani na physical meaning ya values na Table 4; load values ni kN.

Ufadhili: Shanghai Magnolia Talent Program Pujiang Project (25PJD127) na National Natural Science Foundation of China (No. 52578374).

Tafiti zinazohusiana: Tafiti za 2026 za kundi hilo hilo, Experimental and numerical study of prefabricated bridge columns with UHPC-core socket connection na Seismic performance of key-connection UHPC precast segmental hollow bridge columns, ni methodological predecessors wa karibu wa line hiyo hiyo ya utafiti wa UHPC–precast bridge piers; utafiti wa sasa ni experimental record tofauti kwa sababu ya mfumo wa double-column RWS/BGC/PTC.

Upatikanaji wa data na mgongano wa maslahi: Katika PDF iliyopakiwa, hakuna separate and explicit Data Availability au Conflict of Interest statement section inayoonekana; Verianla haijaongeza statement ya ziada.

Hakimiliki: Figures za preprint inayopatikana kupitia SSRN record hazipaswi kuzalishwa moja kwa moja. Connection, damage, hysteresis na parametric relationships katika Figure 1–18 zinapaswa kuchorwa upya kwa Verianla kwa original technical schematics.