桥台刚度对整体式桥台桥梁受力性能的影响研究

鉴于整体式桥台桥梁的受力性能复杂,目前的设计方法基本上是依赖于经验,文章以福建省永春县上坂大桥(我国目前修建桥长最长的整体式桥台桥梁)为工程背景,在实桥静载试验的基础上,采用有限元分析软件-ANSYS建立全桥的空间模型,分析了桥台刚度对该类桥梁受力性能的影响,在此基础上提出可供整体式桥台桥梁工程设计参考和建造的若干结论。     

桥台刚度对整体式桥台桥梁受力性能的影响研究

福建省永春县上坂大桥是一座采用预应力混凝土T梁的整体式桥台的无伸缩缝桥梁(简称为整体式桥台桥梁)。以上坂大桥为工程背景,在实桥静载试验的基础上,采用大型通用有限元分析软件———ANSYS分析了不同桥台高度、桥台抗弯刚度和台后填土类型对整体式桥台桥梁的主梁受力、主梁伸缩量、桥台桩基础受力以及结构动力特性的影响。     

无伸缩缝桥梁合成梁式结点的受力性能和试验研究

提出一种受力性能介于整体式和半整体式桥台无伸缩缝桥梁之间的新型的结点构造方式--合成梁式的结点构造.通过有限元通用程序ANSYS建立该结点的有限元模型,研究在最不利荷载情况下的结点受力性能及结点参数对受力性能的影响,并进行了结点模型试验.研究表明,合成梁式的结点可用于无伸缩缝桥梁设计;在满足设计承载力的情况下,桥台的高度和长度宜取小值;桩存在一个合适的相对刚度,当桩相对刚度超过这个值时,对合成梁式的结点受力几乎没有影响.     

桩基础的整体式桥台桥梁受力性能研究

考虑桩土相互作用，提出桩基础的无伸缩装置整体式桥台桥梁有限元计算模型；分析该类桥梁的受力性能，探讨主梁的温度变形、桩长、桩径对受力性能的影响；并比较了与有相应有伸缩装置桥梁受力性能的差异，为无伸缩装置桥梁设计提供理论依据。     

整体式桥台桥梁细部构造设计

以富裕工业园分离立交桥为工程背景,结合整体式桥台桥梁的受力特点,探讨了整体式桥台、台后填土及搭板的构造措施.台帽及台柱身外包PE15Ⅲ型高压聚乙烯泡沫塑料,能减小台后土体因桥台移动而产生的变形,减小升温作用下台后土压力对结构的不利影响.同时,也能有效防止降温时桥台与台后填土间出现缝隙;桥头搭板采用分段的形式可有效释放结...     

整体式桥台桥梁的动力试验研究

研究了上坂大桥(中国最长的采用整体式桥台的无伸缩缝桥梁,简称为整体式桥台桥梁)在天然脉动荷载作用下的自振特性,得到关于该类桥梁自振特性的结论;采用结构分析软件ANSYS建立全桥的空间模型,计算该桥的自振特性,并与实测结果进行比较,结果表明:有限元模型具有较好的可靠性;实桥试验还测试了无障碍行车试验和跳车试验作用下桥梁的强迫振动特性,结果表明:该类桥梁的冲击系数值较大,而现行技术规范的取值值得商榷;此外该类桥梁具有较强的耗能能力,抗震性能较好。研究结果有助于对该类桥梁动力特性的认识和进一步开展无伸缩缝桥梁的抗震性能研究。     

宽幅无缝桥梁受力性能分析

无缝桥梁具有行车舒适、维护简单等诸多优点,但由于认识有限且缺乏统一的标准,此类桥梁在我国发展较为滞后。现有的研究关注桥长等限制因素,但对宽幅无缝桥却未见专门的报道。结合某城市立交方案,建立一种适用于工程实践的空间梁格模型,对宽幅整体式桥台无缝桥梁受力特性进行多工况分析,并与半整体式无缝桥梁方案进行了对比。研究结果表明:优化台后填土等设计参数能较大地改善此类桥梁受力性能;受桥宽的影响,桩顶横向弯矩可能控制设计,采用半整体式桥台无缝桥梁方案有利于解决此问题。     

整体式桥台桥梁的简化计算模型研究

提出了整体式桥台桥梁在成桥阶段计算的三维框架简化模型;然后在ANSYS基础上进行二次开发,编制了计算桩基的等代桩长和台后土压力合力的专用分析程序IABS.利用IABs程序,结合国内现有的桥梁设计软件,即可直接进行整体式桥台桥梁的实际工程设计,为该类桥梁在我国的推广应用提供了设计基础.同时还以某一实际工程的整体式桥台桥梁为研究对象,采用IABS程序对可能影响桩基等代桩长和台后土压力合力的各种结构因素进行分析,得出若干有益于该类桥梁设计的结论.     

整体式桥台桥梁的桥头搭板设计

在过去几十年里,瑞士建造的整体式桥台桥梁的数量不断增加。这种类型的桥梁较传统的桥梁有较多优点,但其存在明显的土-结构相互作用,特别是在桥头搭板和路堤之间。为了取消伸缩缝,将桥头搭板直接连接到整体式桥台桥梁的端部,从而也经受由于温度效应和混凝土收缩徐变引起的桥面板位移。为保证桥头搭板设计合理,建立桥头搭板修正几何模型,研究桥头搭板的力学特征以及桥头搭板端部路面沉降和桥头搭板与桥面板连接处路面的开裂情况,证明了增加桥头搭板末端埋置深度的有利作用。在此基础上,提出一个连接桥面板与桥头搭板的细部构造,以避免在此处路面产生裂缝。建议在初步设计阶段对其进行详细考虑,以使整体式桥台桥梁在不增加施工成本的前提下改善其长期性能。     

整体式桥台的箱梁剪滞效应分析

针对整体式桥台的箱梁固有的力学特性,建立有限元模型,对其在不同荷载作用下剪滞系数的横向和纵向分布规律进行研究,并将结果与普通简支箱梁进行比较。通过有机玻璃模型试验验证了有限元建模分析的可行性、准确性,同时作了参数分析,提出了可供工程设计参考的实用剪滞系数计算表。分析结果表明:该类箱梁剪滞分布与普通简支箱梁的不同主要在于桥台附近截面出现了负剪滞现象;整体式桥台的纵向抗弯刚度、主梁宽跨比、宽高比及不同荷载形式等是影响该类桥梁剪滞系数的主要因素。     

整体式桥台的曲线箱梁剪滞效应研究

针对整体式桥台的曲线箱梁固有的力学特性,建立有限元模型,对在不同荷载作用下剪滞系数的横向和纵向分布规律进行研究,并将结果与普通简支曲线箱梁进行比较。通过有机玻璃模型试验验证了有限元建模分析的可行性、准确性,同时做了参数分析,提出了供工程设计参考的实用剪滞系数计算图表。分析结果表明:该类箱梁剪滞分布与普通简支曲线箱梁的不同,主要在于剪滞系数内侧大而外侧小,以及在桥台附近截面出现了负剪滞现象;整体式桥台的等代桩长、桥台纵向抗弯刚度、宽跨比及箱梁肋板间距等,是影响该类桥梁剪滞系数的主要因素。     

整体式桥台-H形钢桩-土体系抗震性能试验

整体桥因其全周期寿命长、整体性好和养护费用低等特点，得到了广泛应用，但对其在地震荷载作用下的受力特点和变形规律还缺乏深入研究。基于此，以某整体桥为背景，制作桥台-H形钢桩试验模型，开展整体式桥台-H形钢桩-土体系抗震性能拟静力试验研究，分析桥台-H形钢桩的破坏模式、滞回性能、骨架曲线、水平变形和桥台转角等变化规律。试验结果表明：H形钢桩出现较大的负向残余变形，但负向加载下H形钢桩未出现破坏；台后、台底及桩顶土体均出现大范围脱空；试件的等效黏滞阻尼比约为0.35，具有良好的耗能能力；正向加载下试件的弹性抗弯刚度是负向的12.6倍，最大承载力是负向的3.85倍，台后土对试件的刚度和承载力影响显著；破坏时试件刚度减小至初始刚度的33%，退化不显著；相比位移延性和割线刚度，采用环线刚度分析其抗震性能更为合适，改进后的割线刚度能更准确地反映试件的刚度退化；考虑整体和局部累积变形的影响，大加载位移作用下，桩身出现较大的负向整体累积变形，且桩身沿深度方向多处出现局部累积变形；加载过程桥台仅发生刚体位移，正向转角逐渐增大，负向转角先增大后减小再转为正向倾斜。研究发现整体式桥台-H形钢桩-土体系拥有优越的抗震性能。     

考虑土体蠕变特性的桥台软基变形分析

针对软土地区的桥梁常因软土蠕变而产生病害的问题，研究了土体蠕变特性对桥台软基变形分析的影响。首先引入改进的西原模型；然后将桥台及软基简化为可共同考虑土体蠕变的桩-土-桥台共同工作的有限元计算模型，基于蠕变计算的时步-粘性初应变法，给出可考虑软土蠕变非线性特性的有限元计算方法，并据此编制出相应的有限元计算程序；最后利用该程序对某桥台桩基工程实例进行分析，得到了该桩基桥台后软土蠕变场等值线图，反映出桥台与桩对蠕变场的影响范围及承台与桩交接处的应变集中现象。     

整体式斜交桥台-桩-土体系往复加载拟静力试验

将整体式桥台引入斜交桥中形成整体式斜交桥，可有效改善地震中桥梁上部结构纵横向耦连效应造成的面内扭转及落梁现象；但整体式桥台中主梁与桥台浇筑为一体，在地震作用下将发生复杂的桥台-桩-土相互作用。为此，以某整体式斜交桥为原型，开展了斜交桥台-H形钢桩-土体系往复加载拟静力试验研究，探究了体系的抗震性能、台后土压力分布规律以及桥台和钢桩的水平变形特征等。结果表明：斜交桥台-H形钢桩-土体系具有较高的耗能能力及延性，台后土对体系的抗震性能影响显著。台后土提高了体系抗侧承载力及刚度，但亦造成正负向受力不对称性，其中正向抗侧承载力及刚度明显高于负向，但残余承载力及位移明显小于负向。在小位移（<0.01H，H为桥台高度）下，斜交桥台的台后土压力沿埋深方向近似呈三角形分布，最大土压力位于台底；沿水平方向呈抛物线形分布，最大土压力位于距桥台锐角0.25 m处；沿纵桥向呈三角形分布，最大土压力位于台背。在大位移（≥0.01H）下，台后土靠台背处出现明显扇形塌陷区域，导致桥台顶部土压力降低，沿埋深方向开始呈双折线分布，沿水平方向呈三折线分布，最大土压力位置不变；沿纵桥向呈双折线分布，最大土压力与台背距离随加载位移逐渐增加。试验结束时，桥台顶部塌陷区域深度近500 mm，宽度近600 mm。加载过程中桥台基本为刚体，出现平动及转动位移；由于部分台后土流动至钢桩前侧，钢桩顶部产生朝向台后土方向的局部累积变形，桩身水平变形在埋深0.25 m处出现拐点及最大值，而非桩顶，试验结束后无明显残余变形。     

新型半整体式无缝桥梁的研究

对国外常规的半整体式桥梁进行了改进,并保留了传统式桥台构造中的某些优点,提出了新型的半整体式桥台设计,扩大了无缝桥梁的应用范围。通过多座无缝桥梁的设计、建造和多年的安全运营,证明本文中的改进型半整体式桥梁具有结构简单、受力明确和施工方便等优点,值得推广使用。     

浅谈软土地基条件下的桥台设计

在软土地区修建桥梁,容易出现桥台前移,立柱及帽梁产生裂缝,桥头跳车等病害。针对这一软土地区桥梁比较普遍的病害,该文根据温州地区桥梁现状,通过对各种桥台形式优缺点的研究,提出对桥台设计的一些建议,为软土地基条件下的桥台设计提供参考。