波浪荷载作用下跨海桥梁群桩基础方案研究

针对波浪荷载作用下跨海桥梁群桩基础的设计问题,以平潭海峡公铁两用跨海大桥主桥为工程背景进行了群桩基础方案的数值模拟分析。首先,建立全桥有限元模型计算上部结构对基础的作用力;其次,建立了4种不同群桩基础方案的有限元模型,分别采用Morison方程和绕射理论计算桩基、承台和围堰受到的波浪荷载,并分析了各群桩基础方案在波浪荷载作用下的受力性能;最后,通过比较不同设计方案的工程量及施工可行性,给出了较优的设计方案。研究结果表明:波浪荷载对跨海桥梁围堰设计及施工的影响尤为显著;承台高程提高后可以有效减小围堰承受的波浪荷载,降低施工难度与风险;承台高程提高后采用增大桩径的方法,可以有效改善基础受力性能,减少工程量,控制工程投资。     

考虑栓钉作用的摩擦摆支座隔震桥梁地震响应研究

为研究摩擦摆支座几何参数及栓钉抗力对隔震桥梁地震响应的影响,建立栓钉剪断前后的摩擦摆隔震桥梁的修正动力平衡方程。以某在建城市轨道交通矮墩连续梁桥为研究对象,进行非线性时程分析,研究摩擦摆支座曲率半径、摩擦因数及栓钉抗力等因素对桥梁地震响应的影响。研究结果表明:在纵向地震动激励下,随着曲率半径的增大,主墩墩底弯矩逐渐减小。而摩擦因数的增大导致墩底最大弯矩和墩顶最大位移不断增大。当栓钉抗力小于竖向荷载的6%时,制动墩墩底最大弯矩、墩顶最大位移保持恒定;当栓钉抗力大于竖向荷载的6%时,制动墩墩底最大弯矩、墩顶最大位移不断增大,说明抗剪栓钉的极限抗剪能力宜控制在竖向荷载的6%以内。     

高速铁路采空区群桩受力机理数值模拟

对高速铁路采空区桥梁群桩基础的受力机理研究,目前还非常少见。以合肥至福州高速铁路官山底特大桥采空区群桩基础为原型,通过数值模拟获得群桩受力规律。研究表明:随着荷载增大,桩上部轴力变化明显,桩身轴力沿深度逐渐减小,在采空巷道内桩身轴力不变,所有桩均为端承摩擦桩;桩侧摩阻力沿桩身先增大后减小,整个桩的侧摩阻力分布重心下移,穿过采空区的桩侧摩阻力分布重心比未穿越采空区的桩下移深度略深;承台下中部的桩间土应力要大于承台边角位置的桩间土应力,随着荷载增大,桩间土应力增长速率小于桩顶应力,桩身开始承担更多荷载。     

群桩水平承载特性数值模拟研究

针对目前群桩基础水平承载特性研究落后于工程应用的现状,采用数值分析的方法研究了软土地基管桩群桩基础在水平荷载作用下的承载特性。计算结果表明:群桩承受水平荷载时,承台前土体压缩变形范围明显小于承台后受拉变形范围;随着桩间距的增加,群桩侧向影响范围逐渐减小,而深度影响范围和桩顶位置处弯矩逐渐增大;相同水平荷载作用下前桩最大弯矩值明显大于后桩,前排桩桩身剪力零点位置高于后桩;当桩距达到6~8倍桩径时,群桩效应明显降低。     

深厚淤泥地层中群桩基础竖向受荷特性试验研究

依托福州可门港大桥桩基工程的承载性能评价,设计并开展了群桩的竖向堆载现场试验,通过对现场实测数据的分析,得到了不同荷载等级下各桩的内力分布、桩土荷载分担比和桩侧摩阻力的变化规律。结果表明:随着荷载等级的增大及堆载位置调整,不同位置基桩桩顶压力的差异将逐渐减小,并最终趋于均匀;在不同的荷载等级作用下,群桩基础中不同位置的基桩其受力具有一定的规律性,但受到场地条件以及加载方式等方面的影响,各基桩的桩身受力性状往往表现出较大的差异性;对于软土地区的小桩距端承桩或端承摩擦桩,考虑到承台底部土层具有一定的承载能力,体现出一定的承台效应,但荷载分担比会随荷载等级的增加而减小;桩顶区域桩侧摩阻力基本为零,随着上部荷载水平的提高,桩身侧摩阻力由中上部向下部发展,并且数值逐渐增大。     

波浪、海流环境中跨海桥梁深水桥墩的地震响应特性

以跨海桥梁深水桥墩为对象,建立可考虑波浪、海流及地震共同作用的精细化双向流固耦合计算模型,系统讨论了不同波、流参数下桥墩的地震响应特性及参数影响规律。结果表明,波、流联合作用时,深水桥墩响应峰值随流速、水深、波高的增加而增大,随波浪周期的增大而减小。波、流及地震共同作用下,桥墩响应幅值大于或小于地震单独作用时,但仍以地震作用为主,其响应特征与地震单独作用时相同;桥墩响应峰值随波浪相位、周期的增加而波动,随波高、水深的增加而增大或减小,随流速的增加而先增大后减小。波、流环境影响桥墩的地震响应,其程度与地震动频谱特性及波、流参数有关,其影响幅度最大可达到30.0%以上,在跨海桥梁抗震设计中应予以考虑。     

内河高桩承台桥梁船撞动力响应分析

为了对内河高桩承台在船舶撞击作用下的动力响应进行研究,本文选取一座高桩承台桥梁为研究对象,探讨了船舶撞击承台、船舶撞击桩基和船舶撞击横系梁加固后桩基3种工况下桥梁的位移和应力响应。计算结果表明,虽然船舶撞击桥梁承台比撞击桩基工况下船撞力大,但撞击承台时所有桩基整体受力,导致结构的位移和桩基内力响应较小;在船舶撞击桩基工况下,桩基采用横系梁加固后,撞击力大小变化不大,但采用横系梁连接后桩基形成整体框架,内力在桩基间重新分配,导致被撞桩基受力减小,有效增大了船舶撞击桩基时桥梁的整体安全性。     

大跨度跨海铁路连续刚构桥波浪荷载动力响应研究

运用Reynolds平均法对一座大跨度跨海连续刚构桥的波浪场进行数值模拟,建立波浪-连续刚构桥空间振动的有限单元分析模型,计算波高分别为2、3、4、5、6、8 m时的波浪荷载以及波高为2.4 m时不同周期的波浪荷载作用在桥梁上的动力响应.结果表明:跨中横向位移和墩顶横向位移均随波高的增大而增大,但波高增大到一定值时,跨...     

平潭大桥钢吊箱外力计算

钢吊箱是海上桥梁深水桩基础高桩承台施工的一项很重要的技术,其质量直接影响承台施工。介绍了钢吊箱下放、正常工作、抗台三种工况下,吊箱本身可能承受的最大风力、水流力、波浪力的计算方法。计算表明,抗台工况下,平潭大桥26#墩钢吊箱可能承受风力、水流力、波浪力产生的最大合外力约达11 400 k N。     

跨海铁路轮渡栈桥的设计荷载

跨海铁路轮渡栈桥处于特殊环境 ,在正常作业的情况下 ,要受到潮位和风、雨、雪、波浪等各种气候条件下自然力的作用 ,由于特殊的功能需要和特殊的桥梁结构型式 ,使其承受一些特殊的作用力。提出这些力的计算办法、荷载分类和荷载组合原则     

延安火车站雨棚张弦梁随环境温度变化的结构性能研究

通过分析延安火车站雨棚张弦梁随温度变化的结构性能,得出“张弦梁可以在水平方向自由伸缩,则张弦梁结构的水平位移随温度变化而线形变化,而其它均随温度变化而变化很小;考虑滑动端支座不同的摩擦水平反力,则张弦梁结构竖向位移、索力、拱梁端部剪力、拱梁弯矩、拱梁中间轴力等均随温度变化而线形减小或增大。因此考虑滑动端支座水平反力的大小对张弦梁的变形、位移、内力等随温度变化的影响程度是设计中应该考虑的”。分析结果应用于延安火车站雨棚张弦梁结构施工中。     

大跨度连续梁桥SSAB与FVD组合应用减隔震技术研究

以某（88＋152＋88）m连续梁桥为工程背景,建立了采用液体黏滞阻尼器（FVD）的减震模型,采用非线性动力时程分析方法研究粘滞阻尼器对该桥抗震性能的影响。通过粘滞阻尼器在不同位置的布设,得出了最优的布置方案;通过基于阻尼力的参数分析,得出了最优的阻尼器型号。研究结果表明：＂-3地震力较大时,单独采用阻尼器并不能完全达到理想的效果,此时,设置减震专用支座（SSAB）与阻尼器配合使用可进一步改善桥墩受力;减震专用支座可按滞后系统进行模拟,分析时可基于2种极端状况来模拟其恢复力模型,取屈服强度为设定的减震专用支座水平力限值时计算结果可控制设计。     

自然风对高速磁浮列车气动特性的影响

基于可压缩黏性流体的N—S方程和k—ε两方程湍流模型,采用有限容积法对磁浮列车受自然风作用下的气动力特性进行计算分析,结果表明:自然风导致列车表面的压力分布发生变化,除了列车头、尾部压力峰值点发生偏移外,列车迎风侧面的压力随着自然风速的增加而增大,随着自然风与列车之间夹角的增大呈现先增大后减小的变化规律;列车受到气动升力、侧向力以及侧滚力矩、俯仰力矩和偏转力矩的作用也随着自然风与列车之间夹角的增大呈先增大后减小的变化规律,且在自然风向与列车运行方向垂直时达到最大,此时列车受到的气动力及力矩作用均随自然风速的增大而单调增加。     

GPS高程在杭州湾大桥高程控制中的应用研究

根据对杭州湾跨海测区高程异常值数据的理论分析,提出了一种过渡曲面高程拟合法,并制定出海中GPS高程的施测方案,使海中GPS高程的精度满足控制桥墩承台面高程的要求,为跨海工程GPS高程的应用提供参考。     

黄土地区地铁车站换乘改造施工力学行为研究

以西安地铁5号线新建南稍门站对既有地铁车站换乘改造工程为背景,运用有限元方法分析研究既有地铁车站换乘改造的空间施工力学行为,重点论证既有地铁车站侧墙开洞工法的合理性。研究结果表明:(1)新建换乘厅基坑开挖卸荷是引起邻近雨污水管及既有地铁车站上抬变形的主因,而侧墙开洞后板墙支承约束减弱是导致孔洞顶部发生下沉变形的关键工序;(2)侧墙开洞后洞顶由受压区转变为受拉区,且洞口周边竖向压力突增,而侧墙弯矩变化幅度较小,故侧墙开洞应遵循"化整为零,随挖随支"的原则,即加强圈梁应尽快封闭成环,以抵抗由于侧墙开洞所引发的周边结构复杂的内力形式;(3)随着侧墙开洞跨度的增加,既有线车站的变形和内力均显著增大,而横通道水平净距对既有线车站的变形和内力影响较小,因此破除既有线侧墙方案建议选取7.5 m净跨、0.5D水平净距的施工方案,可确保既有线的运营及施工安全。     

纵连板式轨道在墩台位移作用下梁轨相互作用规律研究

针对简支梁和连续梁,建立整桥系统的计算模型,对墩台位移引起的作用力作用下桥上纵连板式无砟轨道的梁轨耦合作用规律进行分析研究。研究表明:墩台位移引起的作用力是纵连式无砟轨道梁轨相互作用较重要的附加作用力,建议受日照及风荷载影响较大的高墩桥设计中考虑墩台位移引起的作用力的影响;连续梁与简支梁桥墩向右位移时所受的外荷载大致相当,轨道及桥梁各部件所受附加力也大致相等,且桥墩纵向位移越大,各部件所受附加力越大;考虑桥梁伸缩及桥墩位移的共同作用时,轨道及桥梁各部件的受力与变形均较单因素作用时量值大,且连续梁上各部件的受力与变形较简支梁大;从梁体位移方向的比较来看,当桥墩位移与桥梁伸缩方向相同时,钢轨、轨道板、端刺的受力及轨道各部件的位移较大,而当桥墩位移与桥梁伸缩方向相反时,剪力齿槽、墩台、底座板所受纵向力较大;从荷载耦合方式来看,桥梁伸缩及桥墩位移两种荷载耦合时,轨道及桥梁各部件的受力与变形要小于两种荷载单独作用后将计算结果叠加的情况,主要是由于滑动层摩阻力等线路约束阻力的塑性极限造成的。     

桥上纵连板式无砟轨道挠曲力计算分析

根据桥上纵连板式无砟轨道的结构特点,基于有限元方法建立桥上纵连板式无砟轨道挠曲计算模型,计算温度荷载下的挠曲力,分析列车荷载作用长度、活载入桥方式对挠曲力的影响,研究桥上纵连板式无砟轨道在挠曲力作用下的梁轨相互作用规律。结果表明:桥梁挠曲变形所引起的钢轨纵向附加力较小,其中简支梁桥上钢轨挠曲附加力不超过21.6 kN,连续梁桥上钢轨挠曲附加力不超过24.0 kN;在进行部件的受力检算时,应根据具体的部件选用伸缩力或挠曲力;与桥上有砟轨道及单元板式无砟轨道有较大不同的是,还需要根据不同的检算部件寻求最不利的挠曲力列车荷载加载方式;建议采用活动端迎车进行加载。     

考虑楼板变形时框支剪力墙结构的框支层合理设计研究

将框支剪力墙结构沿竖向划分成为转换层上部剪力墙结构和转换层下部框架-剪力墙结构。对各部分结构假定质量刚度沿高度均匀分布,将楼板看成水平放置的深梁,并假定以剪切变形为主。根据平衡条件,列出微分方程组。采用相应的数学程序求解,得到结构水平侧移及各构件内力。通过对内力和侧移的双重控制,进行框支层的合理设计。     

武汉站联合桩基设计研究

研究目的:针对武汉站联合桩基一般承台面积较大、柱底反力复杂、偏心效应显著,且大多承受八字斜柱反力,水平推力很大,本文分别按刚性桩基承台和柔性桩基承台两种模式进行受力分析。研究结论:刚性计算主要是确定反力合理形心,按反力合理形心与桩基形心重合进行布桩,并检算各荷载组合下桩基受力情况;当反力合理形心无法与桩基形心重合时,按偏心荷载计算桩基受力。柔性计算可以充分考虑承台刚度、土层约束、扭矩荷载等因素,采用有限元计算得到桩的竖向、水平受力情况和桩身弯矩、支座位移等,可与刚性计算结果对比校核,并对进一步计算桩身裂缝、上部框架结构等提供数据。     

平潭海峡公铁两用大桥航道桥基础设计与施工创新技术

平潭海峡公铁两用大桥为国内第一座跨海峡公铁两用大桥,桥址海域风大、浪高、水深、流急、潮汐显著,且岩面倾斜起伏大、裸岩硬岩分布广,气象水文及地质条件均十分复杂,尤其是桥址海域波流力巨大,为桥梁下部结构设计和施工带来前所未有的困难。为解决风浪作用和通航船撞力作用,3座大跨度通航孔斜拉桥在基础设计和施工中采用多项创新技术,首次选用4.5 m的钻孔桩;为解决复杂海域大直径钻孔桩难题,研发了KTY5000型动力头钻机和相关配套的打桩设备;为克服波浪力作用,部分深水裸岩区域采用导管架辅助建立施工平台;为适应桥位独特的海洋环境,3座大跨度通航孔斜拉桥主塔墩承台均采用圆端哑铃形高桩承台,承台顶露出高潮位以上,承台施工采用集主体防撞结构与施工围堰一体的防撞箱围堰结构,永久结构与临时结构相结合,节约材料的同时降低了施工的安全风险性。其大型防撞箱围堰采用工厂整体制造、整体吊装、整体下放,实现模块化、标准化施工,哑铃形承台系梁范围采用无封底混凝土施工创新技术。