钢筋混凝土柱式桥墩抗车撞可靠度分析研究

目前桥梁车撞以确定性指定事件分析居多,鲜有研究探讨车撞下桥墩的失效概率和可靠性,而制约其发展的主要原因是大样本下碰撞分析计算时的效率和精度问题。为此,探讨将简化分析模型与响应面、蒙特卡洛相结合的可靠度分析方法。首先,建立精细化的车辆撞击跨线桥梁模型,讨论了关键的混凝土本构参数取值问题,给出相应的修正方法。通过与全桥模型进行对比,研究不同简化桥梁结构分析模型的合理性,给出合理的简化桥梁结构分析模型,提高了计算效率。将建立的简化分析模型与响应面方法相结合,合理设置试验工况,通过精细化仿真分析建立车撞后桥墩剩余承载能力的响应面公式。采用建立的响应面作为替代模型,通过蒙特卡洛抽样方法对主要变量进行抽样,计算不同参数情况下的撞后剩余承载能力,基于撞后剩余承载能力的损伤指标,给出了不同损伤状态的失效概率和可靠度。研究结果表明：采用规范公式计算桥墩初始承载能力将会低估撞后桥墩损伤及相应的失效概率,偏于不安全;建立的响应面公式预测精度高,可作为车撞桥墩的替代模型,是一套完整、合理的车撞桥墩可靠度分析方法,可为柱式桥墩抗车撞可靠度设计提供参考。     

泡沫铝外包混凝土桥墩防撞性能研究

随着城市车桥撞击事故的增多,在对桥墩保护的同时,考虑对车辆和人员的保护也很重要。通过吸取船桥撞击中柔性防撞装置的成功经验,提出泡沫铝外包混凝土装置,依托某跨线桥的双柱式桥墩运用LSDYNA有限元软件建立三种不同的撞击模型,从能量转化、应力和墩顶墩底横向位移三部分进行碰撞动力响应分析。结果表明:泡沫铝外包混凝土具有良好的吸能能力,能有效地减小桥墩应力和桥墩横向位移,在撞击作用下满足正常使用要求,对桥墩、车辆起到很好的保护作用。     

车撞作用下桥墩非线性损伤及加固措施研究

随着跨线桥梁及机动车辆的增加,因车撞而桥毁的事故越来越多。然而,相比桥梁抗震等方面的研究,桥梁车撞研究则开展较少,甚至至今仍然没有全面的规范可依。为此,该文采用非线性接触-碰撞有限元技术,较为真实地模拟车辆碰撞桥墩的过程,研究车撞下桥墩非线性损伤及加固措施。研究结果表明:外包钢管能够有效地提高墩柱的抗撞性能,显著降低车撞下墩柱的损伤。     

桥墩受车辆撞击研究综述

为促进桥墩防车撞设计的发展,从研究方法、撞击力取值、桥墩防撞设计及损伤评价等方面阐述了车撞桥墩的研究现状,指出现有研究中存在的问题和进一步研究的方向。结果表明,试验法、理论分析和有限元数值模拟等方法各有所长,3种方法相结合与相互验证将是车-桥碰撞研究的发展趋势;便于工程应用的车辆对桥墩的撞击作用计算公式亟需建立;车辆碰撞桥墩事故发生后如何对桥梁结构的损伤程度进行快速合理地评价有待深入探索;能同时减少桥墩及车辆碰撞损伤、占地面积小、防撞效果好的城市桥梁桥墩防车撞设计方法有待进一步研究。     

横向非等高双柱式桥墩抗震性能研究

为研究墩高差对横向非等高双柱式桥墩抗震性能的影响,以某山区3×(5×30)m梁桥为背景,建立OpenSees全桥有限元模型,采用增量动力分析方法(IDA),输入地震动,分析不同墩高差下墩柱关键截面的弯矩～曲率关系、曲率、墩顶位移以及曲率与位移关系。结果表明:地震荷载作用下,当墩高差在10m以上时对系梁位置处桥墩截面延性影响较大,随墩高差增加,与横向等高双柱式桥墩相比,墩顶截面延性有所减小,墩底截面延性增加较大;受墩高差影响,墩底与系梁位置处桥墩曲率在屈服后对地震动强度变化更敏感;墩顶位移总体与墩高差成反相关,墩高差对墩顶位移的影响在峰值加速度PGA=0.5g后差异较大,PGA由0.5g增加到1.0g时,随墩高差增大,墩顶位移减小量逐渐变小;受墩高差影响,横向非等高双柱式桥墩破坏模式差异显著。     

考虑剪切效应的混凝土桥墩撞击动态力学特性研究

为研究桥墩撞击剪切动力响应问题,基于Hamilton原理,将剪切变形引入碰撞体系偏微分方程中,考虑材料的动态力学性能,通过Laplace变换和Matlab软件求解,建立了考虑剪切效应的钢筋混凝土和钢骨混凝土桥墩动态剪力方程和动态弯矩方程,揭示了桥墩撞击动力响应受剪切效应影响的力学特征。理论计算和试验结果对比表明:剪切变形对桥墩试件峰值弯矩和峰值主拉应力的平均影响分别为8.82%和18.83%,剪切效应对桥墩撞击动力响应的影响较大,不可忽略。在桥墩抗撞强度设计中,不仅需要验算桥墩最大弯矩截面的拉应力,还应验算墩底的主拉应力,以体现剪切效应对桥墩撞击剪切破坏的影响,保证桥墩结构的安全。     

新西兰威格拉姆-马格达拉连接线桥上的低损伤抗震连接结构体系

威格拉姆-马格达拉连接线桥(Wigram-Magdala Link Bridge,见图1)位于新西兰基督城,2016年建成通车,是一座预应力混凝土简支T梁桥,跨径布置为(32+35+32)m,梁高1.5 m,采用厚200 mm的现浇混凝土桥面板。桥墩采用双柱式墩,墩柱为?1.5 m钢管混凝土柱,墩基础采用桩基础。桥墩立面构造如图2所示。     

桥墩在车辆撞击作用下的动力响应分析

为了研究桥墩在车辆撞击作用下的动力响应,以云南省某跨线桥为研究对象,基于有限元分析软件建立车辆对桥墩碰撞计算模型,通过分析得到了不同的工况下,桥墩墩顶墩底的位移和应力变化。从碰撞系统的能量转化过程来看,决定撞击荷载对桥墩损伤程度的因素很多,除桥墩本身的结构特性外,碰撞结果不仅与撞击车辆的速度、撞击方向、质量和刚度相关,防撞设施的结构特性、变形能力等也起着至关重要的作用,本文研究成果可为城市道路、高速公路上的跨线桥的防撞设计提供相关依据。     

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。     

江坝右江特大桥主桥优化设计

介绍江坝右江特大桥主桥的总体设计及构造上的部分特点．从顺桥向抗推刚度、抗弯刚度及横桥向的抗扭能力3方面对单柱式空心薄壁墩和双柱式薄壁墩进行分析．同时对双柱式薄壁墩柱间距、壁厚对主梁及桥墩的影响作了分析。     

双柱框架式桥墩横系梁的合理布置方式研究

双柱框架式桥墩在山区中等跨径桥梁中应用广泛,但目前对其上横系梁的布置方式还是凭经验进行设计,缺少客观依据。该文以一采用双柱式框架墩的三跨连续梁桥为例,基于不同墩高下横系梁不同布置时结构静动力性能的参数分析,研究了不同墩高下墩底横系梁和中横系梁的不同布置对下部结构及整体结构受力的影响规律。结果表明:双柱框架式桥墩应设置墩底横系梁;墩高小于10m时,只需设置墩底横系梁;墩高介于10~50m之间时,在设置墩底横系梁的同时,应加设1~3道中横系梁。     

船舶撞击桥墩动力响应影响因素研究

洪奇沥大桥主桥为(52+80+52)m预应力混凝土变截面连续箱梁桥,跨越航运繁忙的三级航道洪奇沥水道,船撞风险较大。为研究船撞桥过程中不同撞击因素对洪奇沥大桥桥墩动力响应的影响,制作该桥的有机玻璃模型,采用摆锤模拟船舶的撞击作用,分析不同撞击速度、主梁重量、约束方式、水位条件下的墩顶横桥向加速度,并利用LS-DYNA软件建立有限元模型,与模型试验结果进行对比。结果表明:撞击速度和主梁重量与桥墩墩顶横桥向加速度呈线性正相关关系;墩顶约束越强,桥墩的刚度越大,撞击后桥墩墩顶加速度值越大;水位变化对船舶撞击桥墩加速度影响不大。     

超高车辆撞击下预应力混凝土空心板桥损伤机理及撞后承载力研究

为研究超高车辆撞击预应力空心板桥的损伤破坏机理及被撞主梁承载力的变化规律,建立精细的预应力空心板桥-双轴卡车碰撞有限元模型,其中车辆模型采用美国国家碰撞分析中心建立的标准双轴卡车模型,并用足尺模型试验结果对空心板桥模型承载力进行验证。分别考虑车辆速度、载质量、超高高度、撞击角度和混凝土强度等因素,采用显式动力分析软件LS-DYNA进行不同参数下超高车辆-桥梁的碰撞分析（共计13种工况）。研究结果表明：在超高车辆撞击作用下,桥梁整体位移和变形较小,空心板桥主要发生局部型损伤,碰撞区域混凝土剥落,部分普通钢筋及预应力钢筋外露甚至屈服退出工作,车辆的碰撞速度、碰撞角度以及结构自身的材料强度对于空心板局部损伤影响较明显;在不同车辆撞击参数下,被撞主梁的竖向抗弯承载能力损失水平都在15%以内,30°角为最不利的撞击角度,损伤结构的承载力下降达14%;混凝土强度为C30时空心板桥撞损后的承载力下降比例要大于C40及C50。在主梁预应力筋因撞击退出工作的情况下,被撞梁的竖向承载性能及变形刚度均明显降低,其中车辆撞击侧预应力底板束失效情况下,竖向承载力仅为损伤前承载力的65%;底板束和腹板束同时失效时,主梁在自重作用下出现整体垮塌。对于预应力空心板桥,需高度重视撞后预应力筋损伤破坏对主梁承载力的影响,在桥梁防撞设计中应予以充分考虑。     

桥梁双柱式排架墩抗震性能研究进展述评

桥梁双柱墩在国内外中小跨径公路桥梁和城市高架桥中应用非常广泛,但在历次破坏性地震中震害普遍严重。为了揭示桥梁双柱墩在地震作用下的破坏机理,发展具有可恢复功能的防震桥梁双柱墩,实现从双柱墩结构到桥梁工程、再到交通线路乃至整个交通网络的全寿命周期抗震性能设计,对桥梁双柱墩抗震问题的研究进展进行评述。首先总结汶川大地震和国外重大地震中钢筋混凝土桥梁双柱墩的震害情况并分析其特征,主要破坏形式有墩柱的弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏,间系梁的纵向开裂及其与墩柱节点的断裂,盖梁梁体的斜裂缝、冲切开裂及其垫石和挡块的剪裂、剪断、撞碎等。再从抗震性能试验、非线性力学行为及数值模拟、间系梁减震耗能、损伤控制与可恢复功能结构体系、ABC双柱墩及其在强震区的应用问题、抗震加固方法和抗震设计理论等方面对桥梁双柱墩相关的抗震问题研究进展进行系统梳理与评述,进而指出桥梁双柱墩应用与研究中存在的问题。在此基础上,结合当前地震工程领域的主要发展趋势和前沿热点问题,如子结构混合模拟试验、可恢复功能结构和交通系统、多次多灾种耦合作用、全寿命设计、大数据和人工智能等,对双柱墩结构及其桥梁体系未来的研究方向进行展望。     

某航道桥下部结构受船舶撞击后安全性能评估及修复

为评估航道桥下部结构的船撞安全性,以遭受船撞的某内河航道桥为研究对象,采用有限元方法和相关规范计算受撞击的5号桥墩自身水平抗力、船撞力、墩顶位移,并从墩顶位移和桥墩抗力两方面对受撞桥墩的安全性进行评估。结果表明:5号桥墩的横桥向和顺桥向抗力均由桩基强度控制,分别为2528 kN和1142 kN;事故船撞击工况下,墩顶最大横桥向和顺桥向位移分别为7.6 mm、13.4 mm,满足位移限值要求;沿横桥向和顺桥向的船撞安全系数分别为1.67和0.94,顺桥向的自身抗力不足以抵抗瞬时船撞力,导致桥墩桩基础受损,建议采用增大截面法对受损桩基础进行加固补强,并设置独立防撞墩以保障桥梁结构安全。基于分析过程,总结了桥梁下部结构船撞安全评估的一般流程。     

基于CDP模型的装配式双柱桥墩在低周往复加载下的力学性能研究

以南京市某改扩建装配式桥梁建设为背景,研究低周往复加载作用下装配式双柱实心桥墩的整体力学性能。利用混凝土塑性损伤模型(CDP)与Clough钢筋模型建立考虑套筒的节段装配桥墩有限元模型,分析装配式桥墩的混凝土损伤、钢筋应力等随加载过程的变化规律。结果表明,灌浆套筒局部加强墩柱刚度,使得混凝土损伤上移;混凝土损伤先出现在墩的顶底部,但首先被压坏的部位位于墩柱中部;墩中部箍筋首先屈服,最终墩顶、底部的纵筋大部分屈服;双柱实心矮墩的滞回曲线较扁,耗能能力较弱。     

株洲湘江一桥桥墩抗船撞能力评估及防撞方案研究

船桥碰撞事故常有发生,为评估已建桥梁桥墩的抗船撞性能、指导防撞方案设计,以株洲湘江一桥通航孔8~10号桥墩为对象,建立有限元模型计算了桥墩在受到单位水平撞击力时最危险截面处产生的内力,进而根据相关规范,计算桥墩截面实际能够承受的水平撞击力;建模分析2 000吨级船舶在各工况下撞击桥墩时实际产生的最大船撞力;根据两者计算结果差值评估桥墩的抗船撞能力,提出设置复合材料防撞系统方案并进行比较研究。结果表明:该桥桥墩的横桥向抗撞能力由9号墩强度控制,为11.03 MN;船舶最不利工况撞击桥墩时产生的撞击力为13.55MN,超出桥墩极限抗撞能力;设置复合材料防撞系统后桥墩受到的水平撞击力可明显小于桥墩的水平抗力,从而保证桥墩结构的安全。     

桩柱式桥墩的减隔震抗震性能研究

文中以桩柱式现浇箱梁桥为背景,采用midas Civil有限元软件分析在不同墩柱直径、墩柱形式和支座类型下桥墩的抗震性能,以确定合理的桥墩形式和支座类型。结果表明:墩柱直径越大,墩底弯矩越大;相同尺寸的方柱比圆柱抗震性能好;减隔震支座能有效地消耗能量,降低结构的位移。     

基于Midas-civil圆形双柱式墩结构承载能力影响因素分析

在我国公路桥涵设计中,大多设计院采用本单位的惯用设计,设计保守且不经济,不同设计者设计的墩身截面尺寸差异很大.根据对某一高速公路的桥墩结构,统计分析不同桥墩结构的使用情况,以及墩高相似时不同设计院的设计差异,应用有限元软件Midas-civil,对通常使用的圆形柱式墩结构的承载力进行了计算,分析了墩身截面尺寸、截面配筋、墩柱高度等因素对圆形双柱式墩承载力的影响,并对30 m圆形双柱式墩截面尺寸进行了优化.     

滚石撞击桥墩动力响应试验

为正确估计滚石撞击山区桥梁结构的动力响应,以中国西部山区中广泛采用的矩形桥墩为对象,利用45°,90°,135°不同高度重力摆锤下落,对3种不同截面尺寸(20cm×20cm,30cm×30cm,40cm×40cm)矩形墩柱进行冲击试验,从动态损伤扩展、墩柱撞击力及墩顶动力响应等方面研究矩形墩柱的冲击响应过程和破坏机理,并将墩柱撞击力时程曲线与中国《公路路基设计规范》(JTG D10—2016)及日本道路公团给出的等效静力撞击力计算公式进行对比和讨论。研究结果表明:冲击荷载作用下,墩柱可能出现整体损伤及局部损伤2种损伤形态,其中局部损伤出现在墩柱撞击区域,主要为剪切裂缝,整体损伤出现在墩底,主要为弯曲裂缝;墩柱整体刚度的提高对撞击区域混凝土局部损伤影响不大,但能减小墩顶位移,增大撞击力峰值;随着重力摆锤下落高度的提高,撞击初始动能越大,墩柱的墩顶位移及撞击力峰值都将增大;中国《公路路基设计规范》撞击力计算公式与试验平均撞击力接近,计算结果偏小,设计不安全,日本道路公团公式的分析结果与实测墩柱撞击力峰值吻合良好,建议工程设计予以采用。