水平往复大位移作用下整体桥台后土压力计算方法

为研究强震和温度作用下，整体桥台产生的水平往复大位移对桥台与台后填土相互作用的影响，进行了整体桥台-H形钢桩-土相互作用拟静力试验，并基于试验结果研究了大位移作用下整体桥台后土压力的分布规律；根据台后土压力分布，提出了台后土压力合力作用点位置与加载位移之间的关系式，并在现有研究的基础上给出了改进的整体桥台后土压力计算方法。研究结果表明:正向加载(桥台挤压台后土)时，台后各处土压力随加载位移的增加先增大后减小；台背处和台后20%桥台高度处土压力受桥台位移的影响更大，沿深度方向呈梯形分布；台背处土压力分布中，由于台底H形钢桩的约束，最大土压力位于入土深度0.875 m处，台底位置的土压力则略有减小；台后60%桥台高度和1.4倍桥台高度处土压力受桥台位移影响较小，沿深度方向呈三角形分布；负向加载(桥台背离台后土)时，台后土压力沿深度方向呈三角形分布，且台后各处土压力与加载位移不相关，其值相对于正向加载时可忽略；水平往复大位移作用下，整体桥台后土会产生脱空现象，脱空范围超过桥台高度的37.5%；台后土压力沿纵桥向呈指数型衰减，且相比小位移作用下衰减得更快；台后土压力合力作用点位置随加载位移的增大而逐渐降低，且台后土压力系数与加载位移具有明显的非线性关系，呈现先增大后减小的规律；现有土压力计算方法未考虑桥台位移的影响或认为台后土压力在桥台发生小位移时随桥台位移的增大而增大，发生大位移时则基本不变；提出的土压力拟合公式的判定系数为0.92，计算值与试验值的相对误差为6.2%，可作为现有土压力计算方法的有益补充。      

采用墙式整体桥台的无缝桥受力特征

建立了考虑桥台-土相互作用的墙式整体桥台无缝桥的空间有限元模型,采用实测数据验证了模型的准确性;分析了不同荷载工况下主梁与桥台的受力特征,研究了温度、台后填土密实度与桥梁跨径对桥梁受力特征的影响。研究结果表明:与同等跨径简支梁桥相比,墙式整体桥台无缝桥受力最不利主梁的跨中弯矩降低了20%~40%,跨中与梁端弯矩之和降低了约28%,说明主梁内力分布比较均匀,结构纵、横桥向整体性增强;桥台顶部存在较大的弯矩和剪力,桥台变形比较复杂;墙式整体桥台无缝桥的内力和变形受温度作用的影响较为明显,且梯度升温与整体降温在梁端产生正弯矩,梯度降温与整体升温在梁端产生负弯矩,因此,设计过程中对于不同的构件应选用合适的荷载工况;台后填土密实度由松散变化至密实时,整体升温或降温作用下主梁梁端和跨中弯矩变化幅度小于5%,桥台变形幅度小于9%,说明台后填土密实度对主梁弯矩和桥台变形的影响较小;当桥梁跨径由6m增加至13m时,桥台顶部弯矩增加了1.781倍,桥台内力随跨径的增大而快速增大,因此,在墙式整体桥台无缝桥梁的设计时,建议最大跨径不超过10m,以控制桥台在正常使用极限状态下的混凝土裂缝宽度。     

考虑SSI的整体式钢桥抗震性能参数分析

利用SAP2000建立了某整体式钢桥的三维有限元模型, 采用非线性弹簧单元和阻尼单元模拟地震作用下桥台-土和桩-土之间的相互作用, 分析了桥梁的模态、非线性时程与相应的参数, 研究了考虑土-结构非线性相互作用的整体式钢桥动力特性和抗震性能, 以及整体式桥台系统的主要设计参数对此类桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明: 压实台后填土、增加桥台高厚比、增加桩周土刚度将使桥梁结构纵向主频增加约6.5%~16.0%, 而H型钢桩的朝向影响仅为1.6%左右; 结构地震响应随着桥台高厚比增加而明显降低, 桥台高厚比为1.44时, 桩顶截面处于塑性阶段, 而高厚比增大到3.15和3.85后, 桩保持弹性状态; 随着台后土密实度的减小, 结构的地震响应明显增大, 增幅大都在40%以上; 桩的朝向由绕强轴弯曲调整为绕弱轴弯曲时, 桩的最大弯矩减小, 但弯曲应力增大, 材料由弹性进入塑性阶段; 随着桩周土刚度增大, 桥梁位移响应明显减小, 桩顶、台顶最大位移及墩底弯矩减小50%左右, 但是桩顶弯矩增大40%以上, 桩的朝向对此几乎无影响; 在满足设计要求及合理范围内, 建议采用高厚比较大与柔性较高的桥台, 并压实台后填土以减小整体桥结构的地震响应, 桥台基础采用H型钢桩时, 建议将其朝向调整为绕强轴弯曲以减小桩、桥台和墩柱的最大弯曲应力与位移。      

整体式桥台后土压力累积效应反分析

为了确定整体式桥台后土体在水平方向往复位移作用下的最终土压力，针对5组整体式桥台模型试验进行了有限差分数值模拟反分析；采用能够反映土体在小应变区间上高模量和高度非线性刚度特性的土体本构模型，考虑土体与桥台之间的界面特性，通过在桥台顶部施加水平位移，反分析模型试验中经过不同循环次数的台后土压力测量结果，获得了相应的土体小应变刚度参数，揭示每组试验中桥台后土体小应变刚度在往复加载过程中的演化规律；在此基础上，针对铰支座和扩展基础这2种不同的桥台底部约束条件，分别提出了估算整体式桥台后土体小应变刚度增大倍数的公式，进而提出了考虑桥台与土相互作用的整体式桥台后最终土压力的设计计算方法。研究结果表明:当桥台底部为铰支座时，往复加载前后土体小应变刚度增大倍数随桥台顶部相对位移的增大而增大，随桥台后砂土相对密度的增大而减少；当桥台底部为扩展基础时，土体小应变刚度增大倍数虽然也随桥台顶部相对位移的增大而增大，但增幅明显小于桥台底部为铰支座的工况，并且受桥台后砂土相对密度的影响不大；相比英国设计指南PD 6694-1，提出的公式能够考虑上述多个因素的影响，并能较好地预测出不同模型试验反分析得到的土体小应变刚度增大倍数，可为整体式桥台设计提供依据。      

升温荷载作用下整体式桥梁台后土压力计算方法研究

以黑龙江富裕县整体式桥梁为工程背景,进行整体式桥梁台后填土的物理力学性能和土压力监测试验,建立三维有限元模型,采用非线性p-y曲线法计算分析整体式桥梁桥台在升温荷载作用下与土体相互作用,并将几种经典理论的计算值与实测值对比分析,研究了整体式桥梁在升温荷载作用下台后土压力的简化计算方法。研究结果表明:升温时,整体式桥梁台后土压力沿台高呈非线性分布,采用非线性p-y曲线法计算台后土压力分布规律与实测土压力的分布规律一致;基于K(土压力系数)与Δ(台顶位移)/H(桥台高度)关系计算的台后土压力合力与实测值的比值介于0.944~1.003之间,精度可满足工程要求。     

整体式斜交连续梁桥抗震性能

采用SAP2000软件建立了某整体式斜交连续梁桥的三维有限元模型,通过非线性时程分析,研究了整体式斜交连续梁桥在地震作用下的受力特性及抗震性能,并探究了跨数、斜交角、台后土密实度和墩高等主要结构及基础参数对该类桥梁地震响应的影响。研究结果表明:整体式斜交连续梁桥中震害变形主要集中于桥台桩,桩顶截面在峰值加速度为0.4g的地震作用下形成塑性铰时,墩顶支座无破坏,且桥墩几乎无损伤;桥台桩位移及纵桥向弯矩的最大值均位于桩顶,而横桥向弯矩最大值可能位于桩顶或桩身反向弯矩峰值处;随着跨数的增加,整体式斜交连续梁桥的地震响应尤其是墩顶支座剪切应变及桥面转角明显增大,当跨数由单跨增加到4跨时,地震响应均增加了1倍以上,墩顶支座剪切应变甚至增加近2倍;随着斜交角的增加,桩顶纵桥向位移、桩顶截面屈服面函数值及中跨转角明显增大,斜交角为60°时,桩顶纵桥向位移增加了3倍以上,斜交角为45°时,墩顶支座剪切应变最大;随着台后土密实度的增加,各构件纵桥向位移响应与墩顶支座的纵向剪切变形降低,桥台桩、桥墩纵桥向位移及墩顶支座纵向剪切变形分别减小了12.9%、9.3%和9.5%;随着墩高的增加,墩顶位移明显增加,而支座剪切应变明显降低,但桩顶位移及桩顶截面屈服面函数值几乎不变;当墩高从4 m增大到9 m时,墩顶漂移率增大了42.1%,墩顶支座剪切应变减小了57.5%。      

桥头搭板对台后主动土压力的影响分析

为了分析桥头搭板对台后主动土压力的影响,以轻型桥台为例,假定四种工况,分别计算台后主动土压力和桥台弯矩。结果表明,台后设置搭板能够有效地减小台后填土和汽车荷载对桥台的主动土压力,对桥台和挡土墙是十分有利的。     

低改高高速公路路桥过渡段加宽沉降规律

为研究低改高高速公路路桥过渡段加宽后路基的沉降特性,通过有限元建模分析,研究低改高高速公路路桥过渡段加宽的横、纵向断面沉降位移。结果表明:在横断面上,道路沉降主要集中在填筑期及工后5 a内,地基表面竖向位移整体趋近于"盆"形,距离旧路基越远沉降越明显,拓宽侧工后沉降主要集中在2 a内,占工后沉降的64%,在加宽路基中心附近达到最大,水平位移与路基沉降有关。路基拼接位置及加宽路基边坡局部剪应力集中;纵断面上,路基及地基沉降均由桥台向一般路基逐渐增大,差异沉降表现在台后15 m范围内,运营15 a桥台与台后15 m间总差异沉降为7.2 cm,其中工后差异沉降3.0 cm,纵断面剪应力主要集中在台背换填区及桩底区域。     

利用土工合成材料处理桥头跳车中加固段长度的确定方法

在确定利用土工合成材料处理桥头跳车中的加固段长度时,若按规范计算常出现较大的偏差,原因是规范只考虑土工合成材料对台后填土的加筋作用,而未考虑到加固段在道路正常使用时还起到了对正常路基与桥台差异沉降的过渡作用。通过算例比较可以看出在考虑了加固段在道路正常使用时对正常路基与桥台差异沉降的过渡作用所得的结果更为合理。故在设计中应结合考虑土工合成材料对台后填土的加筋和加固段对差异沉降的过渡这2个方面的作用,更为合理的进行设计。     

软基路段中小桥桥台设计优化分析

桥梁与路基的刚性和柔性过渡过程中,位于软基路段的桥台在台后主动土压力作用下,规范要求桥台的桩基水平位移不小于6 mm[1],对于大部分设计者而言,理论上尚且能做到,而桥梁的实际运营过程中,难免存在桥台的桩基水平位移超过规范要求,但实际发生的水平位移不至于影响到桥梁的结构安全,久而久之,易形成桥梁病害,影响桥梁的耐久性。以江门市滨江新区人工湖南路中桥工程为背景,探讨和分析通过改变桥台与上部结构的连接方式,提升桥台的耐久性,对类似的桥梁设计问题有一定的指导作用。     

半整体式桥台无伸缩缝桥静力分析

为了克服桥梁伸缩缝病害,考虑了桥梁上部结构、下部结构和基地土的共同作用,建立了半整体式桥台无伸缩缝桥的静力计算模型。以一座长100 m PC连续箱梁桥为例,对该桥在重力、车辆和季节性温度变化荷载作用下进行了弹性大变形分析,对相应的有伸缩缝桥和整体式桥台无伸缩缝桥分析结果进行了对比。结果表明:半整体式桥台无伸缩缝桥主梁的弯矩、剪力、挠度和下部结构的轴力与有伸缩缝桥接近,但主梁中出现了轴力,下部结构弯矩和剪力较有伸缩缝桥大,说明半整体式桥台无伸缩缝桥消除了伸缩缝的病害,结构整体刚度大,是一种有应用推广价值的桥型。     

循环荷载下重塑黄土变形特性

为研究主应力方向和大小耦合变化对土体应力-应变状态及非共轴性的影响, 采用空心圆柱扭剪仪对饱和重塑黄土开展一系列循环扭剪试验, 分析了应力-应变状态和非共轴角的变化规律及影响因素。试验结果表明: 轴向应变始终处于压缩状态, 环向应变先负向累积再正向累积, 径向应变基本处于受拉状态, 剪切应变的受拉与受压状态交替出现, 轴向、环向和剪切应变曲线的波动特性明显, 而径向应变曲线的波动特性弱, 说明循环荷载作用下各应变分量表现出不同的发展规律; 轴向和径向应变及环向和剪切应变变化幅值随中主应力系数的增大先增大后减小, 说明中主应力系数影响各应变分量的累积; 随着主应力方向角旋转范围的增大, 轴向和径向应变逐渐减小, 环向应变由负向往正向变化的趋势提前, 剪切应变变化幅值逐渐减小, 说明主应力方向角旋转范围影响各应变分量的发展趋势; 剪切和正偏应力-应变曲线滞回现象明显, 且刚度发生循环强化, 但剪切刚度的循环强化比正偏刚度更明显, 说明土体出现次生各向异性, 这是引起非共轴现象的内在因素; 非共轴角变化曲线随中主应力系数的增大先下移后上移, 随循环次数的增大而逐渐上移, 随偏应力幅值的增大其变化范围增大。可见, 循环荷载下中主应力系数、循环次数和偏应力幅值可显著影响饱和重塑黄土的应力-应变状态及非共轴性, 在黄土工程设计和本构关系研究中应加以考虑。      

地震作用下液化区桥台滑移破坏机理分析

桥台是整个桥梁结构不可缺少的构件之一。振动对液化区土体的影响较大,会降低土体的承载力,位于液化区桥台的最主要破坏形式就是滑移破坏。当桥台发生滑移时,会影响到桥梁的整体工作性能。从能量转化的角度,采用链式破坏的理念分析地震作用下桥台滑移破坏的机理。     

双向土工格栅在处理桥头跳车中的应用

分析介绍了双向土工格栅处理桥头跳车的作用机理和施工要点,并将其应用于抚顺市乙烯大桥的台背跳车处理中。工程实践表明,双向土工格栅能较好的协调桥台与路堤的沉降差,并避免了"二次跳车"的发生,处治效果良好。     

桥台后加筋回填变形性状影响因素分析

为了揭示通过加筋回填减小路桥过渡段差异沉降的力学机理,参照桥台后加筋回填离心模型试验原型尺寸,应用ABAQUS有限元方法建立了桥台后加筋回填平面应变数值分析模型,通过不同加筋设计参数(加筋间距、加筋长度和筋材刚度)以及回填材料强度与地基刚度的影响因素分析,研究了桥台后加筋回填变形性状。研究结果表明:减小土工格栅加筋间距,增加土工格栅弹性模量、回填材料内摩擦角以及地基刚度,采用倒三角形变长度加筋布设,皆可有效减小桥台后回填体表面沉降;地基刚度特性对加筋回填变形行为的影响取决于地基与加筋回填体的相互作用特性。     

曲线桥在地震作用下的面内转动机理分析

曲线桥梁在水平地震作用下,上部结构在两个主方向上的地震反应会产生耦合现象,该现象主要为梁端的横向位移和桥面板的面内转动;通过对简化的单跨曲线桥模型进行弹性时程分析,研究曲线桥在弦线方向的地震输入下的转动机理,并比较不同曲率半径下曲线桥的地震反应;讨论主梁-桥台相互作用对桥面板转动的影响,应用非线性时程分析计算不同曲率的...