端承桩水平振动响应能量变分分析方法

考虑竖向荷载对桩基水平承载力的影响,采用能量法对地基土中端承桩的水平振动问题进行理论研究。根据分析动力学建立在水平动荷载作用下桩土系统的拉格朗日方程,通过复变函数和广义变分原理分别建立桩基和土体控制方程,采用分离变量法推导出土体位移表达式,结合桩土耦合振动条件和迭代程序得到桩基位移、内力和桩顶水平动力复阻抗解析表达式。通过算例分析,研究竖向荷载对桩顶动力复阻抗的影响以及桩周土剪切模量和桩长对桩身位移分布规律的影响。研究结果表明:动力复阻抗随竖向荷载增大而逐渐降低,桩身水平位移和转角随桩周土剪切模量增加而注浆降低;桩长达到有效桩长时,桩土系统有效耦合振动长度不发生变化。     

高速铁路桥梁桩基础竖向动荷载测试

高速列车在桥梁墩台基础上产生的动荷载是计算桩基础累积沉降的重要参数。系统地测试了不同车速和车型在桥墩不同部位引起的动位移、加速度及墩身动应变,得到了不同跨度桥梁基础的动荷载参数。结果表明:桥墩动力响应(动位移和加速度)从梁端、墩顶到承台顶衰减显著。动位移与轴重、基础与地基土的整体刚度密切相关。桥梁支座具有降低加速度的作用。桥跨长度越长,动荷载越大,动荷载幅值约为动荷载峰值的20%~30%。动荷载可以用正弦函数模拟,频率与列车行驶速度和车厢长度有关。上述结论可为高速铁路桥墩基础的设计和计算作为参考。     

连续刚构桥梁桩基模拟的六弹簧法研究

桥梁建模中常采用六弹簧法进行桩基模拟,该方法人为忽略了柔度矩阵中非对角线上元素,导致桥梁结构整体计算刚度偏大。文章提出以刚度矩阵形式准确施加桩基约束,并结合工程实例分析六弹簧法模拟偏差。结果表明六弹簧法模拟下的连续刚构墩底弯矩及地震响应结果偏差较大,荷载组合作用下墩底弯矩偏差达30%以上。建议采用刚度矩阵形式进行桩基模拟以得到更为准确的计算分析结果。     

桩基桥墩自振频率的近似计算

＜＜铁路桥梁检定规范＞＞中规定的桥墩自振频率计算方法，其适用范围不包括桩基式桥墩。桩基桥墩的振型形式是墩基产生一定位移，墩顶为一自由端的悬臂结构。它与扩大基础桥墩的基底嵌固的情况有所不同。     

一般半刚性节点连接框架结构分析方法

研究对象为任意节点连接和任意支撑的平面框架。一般梁单元由等截面直杆及其杆端的轴向弹簧、切向弹簧和转动弹簧组成,推导得到此类单元的刚度矩阵、单元在8种基本荷载作用下的等效节点荷载。采用Matlab语言编写了适用于一般节点非线性连接框架的静力分析程序,非线性形式为指数函数或多项式函数,可以得到结构不同连接刚度下的节点位移、杆端位移和杆端力。算例显示出节点柔度对结构受力和变形的影响。     

变曲率曲梁的单元等效节点荷载分析

研究目的:变曲率曲线梁在工程中得到广泛的应用,对其进行数值分析时,需建立变曲率曲线梁的单元刚度矩阵和节点荷载矩阵。因跨间集中荷载和均布荷载无法直接参与计算,需将其转换为等效节点荷载。本文主要研究目的是获得变曲率曲线梁跨中集中荷载的等效荷载矩阵。在极坐标系下,依据虚功原理,推导出一端固定的悬臂梁在跨间荷载作用下的悬臂端位移,再依据位移等效和内力等效得到曲梁单元一端的等效节点力,进而根据静力平衡条件得到单元另一端的等效节点力与等效节点荷载矩阵。研究结论:以两端固定的曲线梁在跨间集中荷载作用下为例,利用MATLAB编程与ANSYS有限元计算结果进行了对比,算例中竖向位移和扭转角误差较小,两者相差都在5%以内,得到如下结论:(1)等效节点荷载矩阵是正确的,验证了对变曲率曲线梁计算的有效性;(2)等效节点荷载矩阵的元素可用带参数的显函数表达,且所有参数都可直接引用;(3)推导的变曲率曲梁等效节点荷载矩阵可用于含等曲率梁的杆系结构的有限元分析。     

铁路桥梁桩基优化计算方法研究

研究目的:铁路工程总承包项目设计时，桥梁桩基础体量庞大、控制因素繁多，存在较大优化空间。本文从桩基类型、桩长、桩身配筋等方面进行研究，在满足桩基设计安全和质量要求的前提下，提出桩基优化计算方法。研究结论:(1)构建了旋挖挤扩灌注桩的具体计算方法和流程，增加了桩基类型的比选方案；(2)提出了地震荷载下桩长优化的联动迭代算法，准确计算出桥墩摩擦桩基础的最优桩长；(3)提出等效地质参数法模拟上覆淤泥层较厚时的桩基计算，优化桩身配筋量效果明显；(4)提出了三次坐标转换的计算方法，解决了桥墩与基础产生扭角时计算精度不够的问题；(5)以上算法纳入桩基计算系统，大规模应用于多条铁路总承包项目，实现了铁路桥梁桩基础的精细化计算，满足了高经济性、高安全性与高质量的设计需求，为各项目节约了0.5亿～1.8亿不等的工程造价，可为铁路桥梁桩基结构优化设计提供借鉴。     

城市轨道交通简支梁桥墩顶纵向刚度限值研究

为研究城市轨道交通简支梁桥墩顶纵向刚度限值,建立20孔跨度均为30 m简支梁桥无缝线路计算模型,以钢轨强度、梁轨(板)相对位移和钢轨断缝值为控制指标,分析了墩顶纵向刚度对桥上无缝线路受力特性的影响。研究表明:随着墩顶纵向刚度增大,钢轨伸缩附加力增大,钢轨制动附加力和梁轨(板)相对位移降低;对于简支梁桥,控制墩顶纵向刚度的决定性指标是梁轨(板)相对位移;考虑一定的安全余量,建议30 m简支梁桥墩顶纵向刚度限值为双线240 kN/cm。为降低工程造价,可基于梁轨相互作用原理确定桥墩纵向刚度限值。     

托换对津滨轻轨桥梁抗震性能的影响分析

以津滨轻轨桥墩托换工程为研究对象,考虑桩-土共同作用,运用ANSYS分析托换前与托换后结构的自振特性,并采用反应谱法和时程分析法计算托换前及托换后桥梁结构的地震反应。结果表明,托换后的桥梁结构基本周期比托换前减小了,地震荷载作用下,桥梁墩底特别是托换桥墩底部的最大剪力值和弯矩值较托换前大幅增加,而墩顶位移最大值则大幅减小,说明托换使得桥梁结构的整体刚度增加了,托换后的桥梁结构体系具有较好的抗震性能。     

高墩连续刚构桥地震响应影响因素分析

以某(84+160+84)m连续刚构桥为背景,建立考虑主梁-桥墩-桩基-土层的有限元模型,对桥墩高度、桥墩截面、双肢薄壁墩间距等影响因素分析,同时也对典型截面的内力与位移计算分析。研究结果表明:在桥墩高度为60~100 m范围内,中墩顺桥向剪力基本稳定,不再随桥墩高度的增加而递减。桥墩高度为100 m时梁体中跨跨中截面顺桥向与横桥向位移达到139.1和97.5 mm;从抗震角度分析,圆形截面桥墩对位移影响较大,空心矩形桥墩截面与实心矩形桥墩截面形式对墩顶内力的影响不大,故空心墩较节约材料;对于文中连续刚构桥分析,双肢薄壁墩间距为8 m时,梁体位移与桥墩墩顶内力均达到最小,合理的双肢薄壁墩间距能有效降低墩顶受力与梁体位移,能有效提高地震作用下的安全系数。     

系杆拱连续梁桥-多线轨道互制分析的荷载步法

为研究考虑加载历史的桥梁-多线轨道系统受力特性，通过推导考虑加载历史的线路纵向阻力迭代公式并以某(77+3×156.8+77) m系杆拱连续梁桥为例，建立考虑钢管混凝土拱、吊杆、梁体、桥墩、桩基、多线轨道的大跨度系杆拱连续梁桥一体化有限元模型，分析加载历史对系杆拱连续梁桥-轨道系统受力影响及结构检算结果。结果表明：代数求和算法计算钢轨应力峰值偏大61.9%,墩顶水平力偏大74.0%,考虑温度效应须同时对钢轨、梁体和拱施加温度荷载；挠曲工况下双线同向加载时墩顶水平力为1 058.2 kN,双线对向加载时墩顶扭矩为4 193.6 kN·m;计算温度制挠力时，代数求和算法计算钢轨应力较荷载步法偏大7%,墩顶水平力偏大8%～27%,设计不经济；代数求和算法计算墩顶扭矩与荷载步法最大偏差可达51.3%。     

渗水作用下膨胀土中单桩承载变形特性研究

目前膨胀土中桩基设计仍基于非膨胀土力学的设计原则。基于FLAC3D采用热-力耦合方法实现吸热膨胀来模拟膨胀土的吸湿膨胀,并重点阐述温度场模拟湿度场的关键参数取值方法。建立膨胀土中单桩三维实体模型,得出渗水作用下膨胀土中单桩的荷载变形特性、桩侧摩阻发挥特征,并分析了桩长、桩径、膨胀系数等对单桩承载特性的影响规律。研究结论:非扩底桩最小桩长宜大于2倍膨胀影响深度;细长桩比短粗桩更能有效降低膨胀土中桩顶的位移。该方法可获得渗水作用下任一时刻的桩身受力变形特性,为研究膨胀土中桩基受荷性能提供一种可行的变通手段。     

城际铁路双线圆端形实体桥墩设计研究

介绍某城际铁路双线圆端型桥墩设计,综合同类结构的应用情况,对该桥墩适用条件及有关注意事项进行总结。介绍了顶帽尺寸确定的要求,荷载取值、墩身受力计算的方法,提出了减小刚度限值的思路,对横向折角的计算办法进行了探讨。通过减小刚度限值、支座悬出墩颈等措施,实现了墩身尺寸的优化,并对顶帽受力计算提出了建议。     

铁路实体墩墩顶温差位移及规范适应性研究

温差引起的墩顶位移是设计中一项重要指标,为填补现行2017年版桥规墩顶温差位移无可用计算公式的空缺,以满足规范提出的验算墩顶位移必须考虑0.5倍温差的要求,基于力学平衡和几何关系,通过严密的理论推导,得到了实体桥墩在线性和非线性温差温度场作用下各自的墩顶位移计算公式.通过位移等效得到等效线性温度可取5℃,并将等效线性温...     

膨胀土地基中桩荷载传递规律的解析分析

基于桩-土相互作用的机理,利用剪切位移法及叠加原理推求了膨胀土地基中考虑膨胀土膨胀时的单桩荷载传递的解析解,并编制了相应的程序进行各影响参数的分析.分析结果表明:桩长增加,桩身抬升位移减小,桩身拉力的增加;埋入膨胀影响深度以下较深的小直径桩(d<0.044 L)能有效地降低膨胀土中桩顶位移,而大于该直径,桩径的增加对桩顶位移减小量用处不大;桩项荷载的增加,桩身的抬升位移及拉力逐渐减小,阻止桩向上运动所需的桩顶荷栽约为未受荷载的桩中最大拉力的2.5倍.研究结果为膨胀土中桩基的合理设计提供了理论依据.     

U形深谷高桥墩及基础设计的探讨

结合包西铁路通道黑龙沟大桥设计,从墩顶纵向水平刚度限值、空心高墩设计、陡坡上桥墩基础设计、主墩桩基直径选择等方面探讨U形深谷高桥墩及基础设计方法,并给出相应参数。     

基于直接刚度法的弹性地基深梁单元

为研究弹性地基深梁的受力及变形性能,根据双参数弹性地基模型和Timoshenko深梁模型的基本方程,建立了弹性地基深梁挠度控制方程,求得了挠度方程全解,并给出了弹性地基深梁梁轴转角、截面弯曲转角及剪切角的表达式;结合节点位移条件,得到了位移系数;根据节点力方程建立了刚度平衡方程,给出了弹性地基深梁的刚度矩阵方程及均布荷载的等效节点力向量。在此基础上,分别计算了均布荷载、跨中集中力、两端集中力、两端集中力矩等荷载工况下的节点位移,求得弹性地基深梁挠度曲线,验证了本文给出的刚度矩阵方程及等效节点力向量的合理性及适用性。     

循环荷载作用下超长桩动力特性研究

考虑桩基土体在动力作用下强度弱化的基础上,通过拟合数值模拟结果和试验结果,验证强度折减法在FLAC3D中实现的可能性。建立超长桩的动力数值模拟模型,从循环荷载的频率、荷载幅值、恒载部分、循环次数、桩土刚度比和桩长方面对超长桩的动力特性进行分析。研究结果表明:循环荷载频率越大,超长桩桩顶累积沉降越小;荷载幅值越大,对应的超长桩桩顶累积沉降越大;循环荷载的恒载部分对超长桩的动力沉降影响不大;桩顶沉降随循环荷载次数增加而逐渐增大,并随循环次数的增加逐渐趋于稳定;桩土刚度比越大,对应的超长桩桩顶累积沉降越大;桩长越长,对应的超长桩桩顶累积沉降越小。     

公路桥梁双柱式桥墩基础沉降评估分析及加固处理

一新建公路桥梁的双柱式桥墩基础出现沉降病害,不均匀沉降量达6.23 cm。采用动刚度法对承载能力的评估表明,基桩承载力比设计荷载低23%。低应变桩基完整性检测结果显示,桩身存在2处明显缺陷。承载力不足及桩身缺陷造成了桩基础的不均匀沉降。建立数值仿真模型,计算结果显示,不均匀沉降导致系梁局部拉应力为5.5 MPa,墩顶横向偏位22 cm,与现场系梁严重开裂、墩顶横向偏位23.7 cm的实际情况基本一致。后期通过桥墩基础加固处理,确保了结构的安全。实践证明采用动刚度法结合仿真计算评估桥梁基础的承载力状态具有一定的实用价值。     

日温下高铁桥墩位移与钢轨变形的映射关系

研究目的:日照温度作用下,桥梁墩身向阳和背阳侧产生温差,从而导致墩顶发生横向位移,进而引起梁体、轨道横向偏移,最终使桥上钢轨产生横向不平顺。为指导桥墩设计和轨道养护维修,本文以高速铁路双块式无砟轨道-简支梁桥为研究对象,采用单位载荷法,分析墩顶横向位移与温差、墩高、墩宽的关系;基于线-桥-墩相互作用原理,推导墩顶横向位移与钢轨变形的映射关系,并提出相应的解析表达式。研究结论:(1)日照温度作用下桥墩墩顶位移与截面方向温差和墩身高度平方成正比,与其截面横向宽度成反比;(2)钢轨随桥墩墩顶横向移动产生的变形与其横向位移成正比,并与扣件间距、钢轨横向抗弯刚度等参数有关;(3)基于墩顶横向位移和钢轨变形之间映射关系的解析表达式,可以根据墩高、墩宽、桥墩温度差等参数,十分方便地得到钢轨横向变形曲线,对于指导桥墩设计和轨道养护维修具有参考价值;(4)本研究成果对于研究桥上其他单元式无砟轨道桥墩横向位移与钢轨变形的映射关系具有参考价值。