节段拼装桥墩撞击试验研究与数值分析

为研究采用节段拼装桥墩与整体现浇桥墩在抗撞击性能方面的差异，探究撞击作用下节段拼装桥墩的撞击响应和破坏模式。采用缩比模型，通过水平撞击试验获得节段拼装桥墩和整体现浇桥墩的动力时程响应曲线，观测不同构造形式桥墩在不同撞击速度下的破坏模式，并对比分析桥墩在撞击荷载作用下的撞击力、位移等动力时程响应；采用非线性有限元模型，对桥墩撞击响应和破坏过程进行仿真模拟，并通过与试验结果进行对比，验证其有限元结果的可靠性；通过参数分析探明了撞击高度、预应力值对拼装式桥墩动力响应的影响规律。研究结果表明：在撞击荷载作用下，整体现浇桥墩主要发生了由受拉弯曲破坏转变为墩底斜向剪切破坏的弯剪破坏，节段拼装桥墩主要发生受撞节段剪切滑移和加载区混凝土压溃；与整体现浇桥墩相比，在撞击作用下节段拼装桥墩撞击力峰值降低21.25%，撞击持续时间相应增加147.62%，同时节段拼装桥墩展现出更强的变形能力和能量耗散能力，但未能展现出良好的自复位能力，增加混凝土局部损伤；有限元模拟与试验结果吻合良好，验证了有限元模型的正确性；基于节段拼装桥墩有限元模型，分析得到撞击高度和预应力值对桥墩撞击力的影响较小，但撞击高度对桥墩变形影响较大，预应力值对桥墩整体刚度也有较大影响；因此，在节段拼装式桥墩抗撞设计时应综合考虑撞击高度和预应力值对桥墩的影响，从而保证结构的可靠安全。     

桥墩形状对河道水流绕流特征的影响研究

建立圆形、圆端形、矩形和尖端形桥墩绕流数值计算模型，获得了不同桥墩形状绕流流线、涡量与压力分布规律，分析了桥墩形状对绕流横向流速的影响。结果表明：圆形、矩形和尖端形桥墩绕流形成了卡门涡街，桥墩后侧周期性地脱落涡体，且绕流横向速度呈周期性正负交替分布；矩形桥墩绕流流线弯曲程度、涡体尺寸、高压-低压区域面积等最大，横向流速变化复杂且峰值最高(0.269 m/s);圆端形桥墩绕流流动规律简单，流线弯曲度小，无明显涡体脱落，且横向脉动流速小。数值模拟结果综合表明，圆端形桥墩排导能力最好，对船舶行驶影响最小，而矩形桥墩影响最大。     

PP-ECC用于墩底塑性铰区域的抗震性能试验

为增强桥墩的抗震能力，探讨塑性铰区域采用聚丙烯纤维水泥基复合材料（PP-ECC）桥墩的抗震性能和损伤容限，设计并制作3个剪跨比为7的钢筋混凝土高墩试件，其中2个桥墩试件的塑性铰区域采用不同高度的PP-ECC材料，1个普通混凝土桥墩为对比试件。基于低周反复荷载试验获得桥墩试件开裂过程、破坏形态和水平力-位移滞回曲线等试验结果，对比分析墩底潜在塑性铰区采用不同PP-ECC高度对桥墩延性、承载力、耗能以及刚度等抗震性能指标的影响，并与普通混凝土桥墩的抗震性能指标进行对比分析。研究结果表明：与普通混凝土桥墩相比，采用PP-ECC材料可以明显改善桥墩的破坏形态，控制裂缝的宽度和发展，提高桥墩的损伤容限；局部使用PP-ECC材料可以提高桥墩的位移延性系数，该构件具有良好的变形能力和抗倒塌能力；相对普通混凝土桥墩，PP-ECC桥墩的滞回曲线面积更大且滞回环更加饱满，骨架曲线下降段较为平缓，承载能力和刚度退化缓慢，耗能能力提高了20%；PP-ECC材料高度增加1倍，桥墩位移延性系数提高了15.2%，能量耗散系数变化不大，试件的侧移刚度有一定的提高，刚度退化变缓；墩底PP-ECC材料与普通混凝土相交的界面未出现剪切滑移现象，可见PP-ECC材料的黏结性较好，可以保证2种材料协同受力，共同工作。     

部分充填钢管混凝土桥墩振动台试验

为了完善部分充填圆形钢管混凝土桥墩的抗震设计理论及其工程应用，对2座采用此类桥墩的两跨高架桥缩尺模型（相似比为1：6.7）进行了强地震动输入下的破坏性振动台试验，研究无偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩和有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩的破坏机理和地震响应。研究发现无偏心桥墩在墩底附近产生了均匀的钢管局部屈曲变形和明显的水平裂缝，而有偏心桥墩并没有产生水平裂缝，所以无偏心桥墩的纵桥向墩顶位移远大于有偏心桥墩。同时，受横桥向恒载偏心的影响，有偏心桥墩的墩顶横桥向位移和墩底局部屈曲变形主要集中在靠近中轴线的一侧，塑性发展区域也大于无偏心桥墩，这使得其墩顶横桥向最大位移大于无偏心桥墩。不过，由于有偏心桥墩并未发生开裂，所以其横桥向残余位移与无偏心桥墩相差不大，均在3 cm左右，验证了有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩若经过合理的截面设计，其抗震性能也能满足既定的要求。此外，恒载偏心使得有偏心桥墩在横桥向两侧所耗散的能量不相等，可能会导致其横桥向两侧的累积塑性变形存在差异，不利于其优越的抗震性能和耗能能力的充分发挥。因此在设计有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩时，需要合理选取混凝土充填高度和径厚比等结构参数，减少恒载偏心对其抗震性能的不利影响。     

主余震作用下阻尼比对钢筋混凝土墩柱的抗震性能研究

主震之后往往伴随着大量的余震，余震对结构的影响可能大于主震。文章以钢筋混凝土桥墩为研究对象，利用OpenSees软件建立纤维单元有限元模型，以实际记录的主余震地震波进行主震、主-余震非线性时程分析，对阻尼比分别为0.03、0.05、0.07、0.09、0.11的桥墩进行滞回曲线、最大位移、耗能及残余位移对比。研究结果表明：随阻尼比的增加，墩柱的自由衰减逐渐加快，桥墩在地震过后自由衰减是围绕损伤桥墩静平衡位置发生的，余震引起桥墩的位移需求均大于主震；阻尼比的增大不仅有利于改善桥墩抵抗主震的能力，对于抵抗余震的能力也有一定的提高。然而，主震、主余震作用下墩柱对于剪力的需求基本不变。桥墩滞回曲线的耗能随阻尼比的增加逐渐减小，主余震作用下桥墩的耗能大约为主震的一倍，对于耗能能力差的结构，余震的影响可能更大，余震引起的损伤主要是通过滞回耗能增加了桥墩的损伤。桥墩在主余震作用下残余位移均相差不大，余震不仅可以增加桥墩的残余位移，也可能存在反方向地震力而使桥墩残余位移减小。工程中可以通过增加阻尼器来增强桥墩抵御余震的影响。     

串列双圆柱桥墩局部冲刷精细化模拟

为研究不同墩心距下沿流向串列布置的双圆柱桥墩局部冲刷坑形态的变化规律，提出1种平衡湍流边界层模型以获得稳定的湍流来流边界条件；利用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型求解河床上双圆柱桥墩周围的复杂绕流场；基于能考虑河床面任意斜坡和泥沙坍塌效应的泥沙输运模型和动网格技术模拟双圆柱桥墩局部冲刷的动态演化过程，得到平衡冲刷坑形态，揭示冲刷发展过程的流动特征和冲刷机理。模拟结果与中美规范局部冲刷预测结果比较表明：串列双圆柱桥墩之间存在干扰效应；受下游桥墩施扰，最大冲刷都发生在上游桥墩，冲刷深度比单圆柱桥墩大，当墩心距L与桥墩直径D之比L/D=4时，达到最大值；而下游桥墩受上游桥墩遮挡的影响，最大冲刷深度在L/D=2时达到最小值，随着墩心距的增大，下游冲刷深度增大；当墩心距大于5倍桥墩直径后，下游桥墩可不考虑遮挡效应；获得的串列双圆柱桥墩最大冲刷深度值与美国规范预测值较为接近，而中国规范公式预测值偏小，提出的下游桥墩冲刷深度遮挡因子可为桥梁抗冲刷设计提供参考。     

钱江四桥桥墩局部冲刷试验研究

桥墩局部最大冲深和冲刷部位是桥墩墩台设计和施工的重要参数，为此应用系列模型延伸法进行不同比尺的桥墩冲刷深度试验，然后利用试验数据进行回归分析，得到桥墩冲深计算式，经检验与实测基本相符，为桥墩设计和施工提供了科学依据。     

桥墩局部冲刷扩坦防护的试验研究

分析了桥墩局部冲刷过程，通过在桥墩周围设置护坦以减小桥墩局部冲刷，并对防护效果进行了试验研究和分析，提出了设置护坦桥墩局部冲深的计算方法。     

装配式桥墩抗震性能分析

基于抗震性能及施工的需求，提出了一种新型装配式桥梁连接方法，在连接端头预埋圆形型钢，通过焊接连接，对比灌浆套筒、金属波纹管的其他构造，该连接方法施工方便，操作容易，施工速度更加快速。通过对型钢连接方式的试验研究，主要得出以下结论：（1）型钢连接的装配式桥墩与现浇桥墩破坏均为弯曲破坏。型钢连接的装配式桥墩柱根处破坏程度较轻，混凝土破坏主要集中在预埋钢管顶部以上。（2）型钢连接的装配式桥墩承载能力高于现浇桥墩。（3）型钢连接的装配式桥墩与现浇桥墩的残余位移相当，但在耗能能力及延性方面前者的表型更好。（4）型钢连接的装配式桥墩具有优越的抗震性能，为装配式桥墩在高烈度地震区的使用提供一种方法。     

混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩抗震性能研究

为了解混合接头(灌浆套筒和钢管剪力键相结合)及方钢管约束对装配式方形截面混凝土桥墩抗震性能的影响，分别制作混合接头连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+无约束的装配式方形截面混凝土桥墩试件各1根开展拟静力试验及有限元计算，分析各桥墩试件的破坏模式、结构延性、耗能能力、强度退化、刚度退化、残余位移等抗震性能及影响参数。结果表明：装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的破坏形态基本相同，均为压弯破坏。与无约束的装配式混凝土桥墩试件相比，装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的水平荷载峰值和位移延性系数更高；与灌浆套筒连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件相比，采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件滞回曲线更饱满、无明显捏缩，抗震性能更好。对于混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩，增大轴压比和降低长细比可提高桥墩的承载力，但降低了延性；增大约束系数可提高桥墩的承载力和延性，建议混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩的轴压比≤0.3,长细比≤12,约束系数取0.58～0.90。     

超高薄壁空心墩温度应力场分析与防裂措施研究

混凝土薄壁空心墩现已成为各种中大型桥梁所采用的桥墩形式，但是由于日照非线性温差等因素的影响，经常会出现开裂现象。本文通过对三水河特大桥桥墩的日常观测，并结合有限元模型的分析，对超高桥墩的温度应力场进行了分析，找出了桥墩开裂机理，并给出了一系列防裂措施。     

波纹钢管约束承插式拼装桥墩抗震性能研究

承插式预制拼装桥墩是将预制混凝土墩柱插入承台预留的凹槽内，在间隙中填充混凝土或灌浆料连接形成的装配式结构，承台预留槽内设置波纹钢管以增强对桥墩根部的横向约束。开展承插式拼装桥墩和现浇桥墩2组试件的拟静力荷载试验，研究了承插式拼装桥墩的抗震性能以及波纹钢管的横向约束效应，并通过相关影响参数的模拟分析，探讨了承插深度、灌浆料强度和连接界面处理方式对承插式桥墩抗震性能的影响规律，为其抗震设计提供依据。研究结果表明：波纹钢管约束承插式桥墩柱脚形成的塑性铰区域及破坏形态与现浇桥墩基本一致，承载能力没有明显差异，但破坏时极限位移提高约20%,结构延性和耗能能力有所提高，波纹钢管约束承插式拼装桥墩具有良好的整体性和抗震性能；随着承插深度的增加，承插式桥墩的抗震性能随之提高，当承插深度超过0.6D(D为墩身直径)时，其抗震性能提升趋于缓和；当灌浆料强度达到桥墩主体混凝土强度后，继续增加强度对桥墩抗震性能影响不大；相对光滑界面连接，波纹键齿和梯形键齿连接的承插式桥墩承载能力分别提高约30%和26%,累积耗能分别提高20%和15%,波纹键齿连接的效果最优。     

船舶撞击作用桥墩的结构评估

以某大桥主桥3#墩为工程背景，模拟分析3#桥墩遭船舶撞击后桥墩结构响应（应力、位移），模拟结构的模态参数（频率和振型），结合实测结果，对桥墩结构状态进行评估。     

地铁高架区间异型桥墩设计

介绍常见的异型桥墩形式，选取结构改造和受力较为复杂的弹弓型桥墩进行设计，提出该类桥墩的设计方法和注意事项。以深圳地铁6号线异型桥墩为研究背景，采用MIDAS CIVIL和FEA对其进行梁单元及实体单元分析，提出普通钢筋配置的参考方案，特别关注上层桥梁的联动位移和各交接点处的应力集中，对类似工程具有指导意义。     

基于摇摆机械铰连接的自复位桥墩抗震性能研究

为减少自复位桥墩的摇摆界面可能由压力造成的混凝土压碎和预应力损失，同时加快预制桥墩与承台的连接速度，基于某采用钢筋提供耗能能力及恢复力的可恢复铰(简称RH铰),提出一种新型摇摆机械铰。该新型摇摆机械铰(简称摇摆铰)首先将RH铰的普通钢筋改为无粘结预应力筋和U形耗能器，分别为桥墩系统提供自复位能力和耗能能力，形成球形机械铰(简称球形铰),再增大支点与墩中心线的距离使重力提供稳定力矩。对该摇摆铰与球形铰结构构造进行对比分析，推导摇摆铰桥墩和球形铰桥墩的荷载～位移关系，对比2种桥墩的滞回曲线，并以某四跨连续梁桥为背景，采用非线性时程分析方法对比分析采用摇摆铰和球形铰桥梁的地震响应。结果表明：摇摆铰桥墩的滞回曲线呈典型的旗帜形，而球形铰桥墩的滞回曲线可用弹塑性曲线表示；在相同条件下，摇摆铰桥墩比球形铰桥墩具有更强的水平承载能力和自复位能力；与采用球形铰的桥梁相比，采用摇摆铰的桥梁中墩处主梁峰值位移更大，中墩墩底剪力相近，残余位移更小，自复位性能更优。     

跨海大桥半装配式组合桥墩设计及抗震性能试验

为研究采用外包超高性能混凝土(UHPC)的钢管(ST)作为免拆模板，内浇普通混凝土(NC)的组合桥墩的抗震性能，以罗屿大桥为工程背景，开展了UHPC-ST-NC组合桥墩结构设计，并制作了3个不同设计参数的组合桥墩(编号URST-1、UHST-1、UHST-2)和1个整体现浇钢筋混凝土(RC)桥墩(编号ZT-1)。通过开展桥墩试件的拟静力试验，分析各试件的破坏模式，对比各试件的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、耗能能力、刚度退化等性能指标，并采用Abaqus有限元软件分析UHPC径厚比和钢管径厚比参数对组合桥墩的抗震性能的影响。结果表明：采用UHPC-ST模板取代钢模板的设计方案，不仅能提高桥墩的耐腐蚀能力和耐冲刷能力，并且节省了拆模的时间，提高了施工效率；UHPC-ST-NC组合桥墩在地震作用下的破坏模式与整体现浇桥墩类似，均为压弯破坏，但其破坏程度明显轻于整体现浇桥墩；与ZT-1试件相比，URST-1、UHST-1、UHST-2试件的峰值荷载分别提升了56.9%、68.0%、69.6%,水平承载能力更高；峰值位移也分别提升了11.8%、24.2%、68.0%,残余位移更小，耗能能力更强；...     

水平双向地震作用下钢桥墩损伤区域长度研究

钢板局部失稳是典型的钢桥墩地震破坏形式之一，因此在进行结构地震反应分析时需要考虑钢板局部变形对计算结果的影响。为了研究钢桥墩结构的地震损伤特征并为建立合理的杆系-板壳混合单元模型提供依据，以矩形截面钢桥墩为对象，采用板壳有限元模型和修正双曲面滞回本构模型分析了结构在水平双向反复荷载作用下的破坏过程，讨论了加载路径对桥墩承载力、延性以及极限状态下局部变形特性的影响；通过结构参数分析拟合了钢桥墩地震损伤区域长度预测公式；通过全板壳单元模型和杆系-板壳混合单元模型的桥墩弹塑性地震反应分析结果对比，验证了损伤区域长度预测公式的适用性。结果表明：钢桥墩在单方向上的承载能力和延性特性与荷载作用路径有关，沿正方形加载时结构的延性最小，沿斜方向加载时结构的承载力最小；荷载作用路径对钢桥墩极限状态下的损伤区域长度影响不明显；矩形截面钢桥墩地震损伤区域长度主要与截面宽度及横隔板间距有关，根据这2个参数建立的钢桥墩地震损伤域区域长度预测公式能够正确反映结构在水平双向地震作用下发生局部失稳的范围。该公式可为钢桥墩地震损伤范围预测以及合理混合单元模型的建立提供参考依据，但预测结果偏于保守，精度仍有待于进一步提高。     

连续梁桥墩纵向水平力计算分析

针对高墩连续梁的特点，介绍引起桥墩纵向水平力的几个因素，通过对连续梁桥墩各项纵向水平力的计算分析，阐述连续梁纵向水平力的计算方法，同时对高墩连续梁桥墩的设计提出建议。     

连续刚构桥桥墩设计探讨

山区连续刚构桥超高墩、高低墩的运用越来越广泛。以云南某连续刚构桥为例，对其主墩设计进行探讨，采用有限元方法对桥墩整体稳定性进行计算，采用理论计算方法对高低墩刚度进行匹配。结果表明，桥墩整体稳定性好、刚度分配合理，可为同类桥墩设计提供参考。     

基于RSC体系的双层桥梁排架墩地震损伤控制设计

为实现钢筋混凝土（RC）双层桥梁排架墩的地震损伤控制设计，提出将上层桥墩设计为装配式摇摆-自复位（RSC）结构，下层桥墩设计为装配式承插连接，但不发生摇摆反应的双层桥梁排架墩。给出新型排架墩中无黏结预应力筋、耗能角钢等的设计方法。以甘肃省洛塘河大桥非规则双层排架墩为原型，建立普通RC与新型RSC两种双层排架墩抗震数值分析模型，并结合太平洋地震工程研究中心（PEER）完成的RSC排架墩振动台试验结果验证建模方法的准确性。在此基础上，完成RC与RSC排架墩模型在40条近断层地震动下的动力时程分析，对比分析2种排架墩的抗震性能。研究结果表明：RSC排架墩上层桥墩最大层间位移角略大于普通RC排架墩的上层桥墩最大层间位移角，但RSC排架墩下层桥墩最大层间位移角仅为普通RC排架墩下层桥墩最大层间位移角的47%；RSC排架墩上、下层桥墩层间残余位移角仅为普通RC排架墩上、下层桥墩层间残余位移角的2%左右；RSC排架墩可显著降低下层桥墩的地震剪力需求，无黏结预应力筋应力保持弹性，耗能角钢易屈服耗能但未拉断，验证了所建议的双层桥梁排架墩地震损伤控制设计方法的合理性。