考虑桩土作用的桥墩车撞动力响应分析

桥墩受车辆撞击,可能发生强烈的动力响应,甚至产生破坏,对桥梁结构及行车安全造成很大威胁.为了更精确地分析桥墩受车辆撞击的动力响应,为桥梁防撞设计提供理论依据,比较分析是否考虑桩土作用所得计算结果的差异,从而探究考虑桩土作用对计算结果的影响.以郑州四环线某桥为背景,通过LS-DYNA软件基于有限域土体法、等效嵌固法、等效...     

地震作用下桥梁梁体间的碰撞响应分析

以一座3×16 m简支梁桥为例,进行3种地震波作用下桥梁的地震响应分析,研究梁体间的碰撞对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明,结构的碰撞响应与输入地震波的频谱特性、桥梁本身的动力特性及碰撞单元特性密切相关。在强烈地震作用下,桥梁碰撞力相当大,最大达到结构自重的21倍。碰撞易发生在桥台与主梁接触部位,且次数频繁,但峰值较小,发生时间多在地震波能量最大时刻。碰撞力随碰撞弹簧刚度的增加而增大,但增加幅度逐渐变缓,梁间设置压缩刚度较小的缓冲材料,可降低梁间的撞击力。采用柔性连接时,碰撞的瞬间作用对梁跨轴力影响明显,对最大支座反力、墩底弯矩、剪力的影响不明显,说明柔性支座在碰撞瞬间作用向桥墩传递过程中,有“隔减”的效果。     

船桥碰撞过程中桥墩塑性防撞装置性能研究

随着交通运输的发展,船桥碰撞事件时有发生。现有规范中撞击力计算公式通常只考虑船舶质量和速度,对刚度考虑不足。本文利用有限元软件ANSYS LS-DYNA进行仿真模拟,以不同的钢板厚度反映刚度变化,分析船舶结构和防撞装置刚度变化对撞击力以及碰撞过程的影响。研究结果表明:碰撞过程中船舶的动能主要被防撞装置和船舶结构通过塑性变形吸收,防撞装置相对刚度越小,其吸收的碰撞能越大;最大撞击力主要受船舶结构和防撞装置二者刚度较小者的影响,船舶结构刚度相对较小时,最大撞击力随船舶结构刚度的增加而增加;防撞装置的刚度较小时,最大撞击力随着防撞装置刚度的增加而增加;在进行桥梁防撞设计和验算时,除要考虑船舶刚度的影响外,还应根据通航水域的实际情况,确定防撞装置钢板厚度的合理范围。     

有防撞装置时计算船撞桥的力——铁路桥梁规范中船撞力公式的延伸修订

《铁路桥涵设计基本规范》(TB10 0 0 2 199)中有船撞桥墩的力的计算公式 ,该公式用“撞后镶住不动 ,动能全部耗尽”的状态 ,计算出最大正撞力 ;并考虑了船的质量、速度、相撞时的角度、能量耗散以及船和桥墩两者的刚性。若相撞时两者之间有防撞装置时 ,可将防撞装置与前两者同样对待 ,以防撞装置弹塑性曲线的割线斜率作为平均弹塑性系数C3 ,推导出有防撞装置时的船撞力公式 ;并反对对本公式作过分的简化     

浅埋式桩基础钢筋混凝土拱桥桥墩防撞安全性评价与加固技术研究

以五强溪沅水大桥为工程背景,针对浅埋式桩基础钢筋混凝土拱桥,提出基于我国公路桥涵设计规范桥墩防撞安全性评价方法.通过对该桥的桥墩防撞安全性评价提出了相应的桥墩加固方案.采用三维实体单元来模拟基础加固后新老混凝土的共同作用,同时考虑新老混凝土接触面按完全粘结与滑动2种情况建立计算模型,对桥墩防撞加固方案的可行性进行了研究,亦可供同类桥梁加固参考.     

Kelvin模型和Maxwell模型在基底摇摆隔震中的比较

在基底摇摆隔震桥墩中,提出可以考虑碰撞效应的Maxwell模型和Kelvin模型,建立考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩的运动方程,重点研究了模型中连接弹簧刚度以及阻尼系数的取值范围和计算方法,分析了两种模型在强震下地震反应的差异,提出了考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩合理的减隔震分析模型。分析结果表明,Kelvin模型优于Maxwell模型,在模拟碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩中,建议采用Kelvin模型进行计算。     

不同类型列车撞击盾构隧道动力响应研究

研究目的:盾构隧道为装配式管片衬砌结构,其整体稳定性相对较差,防撞能力较弱,一旦列车撞击事故发生在隧道内,列车的撞击荷载极有可能导致隧道破坏和失稳。本文基于H. H. T时间积分法,通过构建列车-刚性墙动力耦合模型,获取不同类型列车在相应速度区间内的撞击荷载时程曲线,研究不同类型列车撞击的荷载特性,并将所得撞击荷载施加在盾构隧道上,以揭示在不同类型列车撞击作用下盾构隧道管片衬砌破坏特性及其差异性。研究结论:(1)列车运行速度对于撞击荷载时程曲线变化趋势影响不大,但对于撞击荷载大小和撞击持续时间影响显著;(2)各类型列车的撞击荷载均经过撞击瞬间迅速增大、撞击中期持续震荡、末期逐渐减弱三个阶段,但不同类型列车的撞击荷载在撞击中期持续震荡时间不完全一致;(3)列车撞击作用下管片损伤区域分布范围呈现纵向大于环向的特点,不同类型列车撞击所致管片损伤的差异性主要体现在压缩损伤面积上;(4)在不同类型列车撞击荷载作用下管片结构将产生不同程度的张开和错动,并且管片接缝部位最大张开量和最大错动量均已超过工程容许限值;(5)本研究成果可为盾构隧道防撞优化设计和撞后隧道结构安全性评估提供参考。     

隧道内弹塑性钢管混凝土防撞系统设计及列车撞击荷载研究北大核心

为了减轻列车在隧道内脱轨后引发的灾害,提出了一种设置于隧道内用于抵挡高速列车脱轨后撞击的新型防撞系统。该系统由W梁、W梁连接件、吸能块和钢管混凝土防撞墩组成。为了研究新型防撞系统的适用性,建立了列车-防撞系统-隧道耦合模型,计算得到在不同撞击角度和撞击速度下列车撞击力时程曲线,分析列车撞击力峰值与列车撞击角度、速度的关系,最不利工况下车头的横向速度、位移时程曲线,以及撞击后列车与防撞系统的形态变化。结果表明:列车撞击力随撞击角度和速度的增大而增大,且撞击角度变化对撞击力影响较大;新型防撞系统可以抵挡列车的撞击作用,吸收部分碰撞能量,并且受到撞击后整体结构保持完整。     

非规则铁路连续梁桥抗震体系优化

从非规则铁路连续梁桥各桥墩协同抗震的角度,引入墩底摇摆隔震及支座减隔震,以1座(60+100+60)m连续梁桥为例,建立全桥动力分析模型进行地震反应分析,研究具有中等高度(20~30m)实心桥墩的非规则铁路连续梁桥采用摇摆隔震的适用性,以及全桥采用支座减隔震时的桥墩优化配筋准则。结果表明:采用摇摆隔震时,摇摆墩墩底恒载轴力大,提离位移敏感性高,地震作用下墩顶位移可控制在较小的范围且提离后墩底弯矩变化稳定,易随其余各墩协同抗震,经抗震性能验算确定摇摆墩配筋率为0.6%;采用支座减隔震时,桥墩本身地震反应贡献率最高可达71%,桥墩惯性力主控墩底内力,以地震作用下各墩同步保持弹性为原则,优化后各墩配筋率依次为0.7%,0.3%,0.5%和0.7%。以上2种优化均可使非规则铁路连续梁桥达到"大震不坏"的设防水平。     

基于联动迭代及Heaviside函数的铁路桥墩刚度和位移计算方法

为提高铁路简支梁桥墩刚度及墩顶位移计算的准确度及通用性，克服桥墩及桩基设计中无法实时考虑桩-土耦合作用对刚度的影响，提出一种基于联动迭代及利用Heaviside函数的铁路桥墩刚度及位移计算的广义柔度矩阵法。该算法通过将桩基计算“m”法相关参数代入广义柔度矩阵，实现瞬态反馈桩长及地质变化对桥墩刚度的影响；基于力学等效原则推导集中荷载与分布荷载的等效节点力表达式，并通过将各荷载工况边界条件与Heaviside函数等效置换，得到桥墩单元作用任意形式集中荷载或分布荷载的等效节点力通用完备解；将该算法编入设计程序，实现铁路桥梁桩长、刚度、墩顶位移等参数的精准耦合计算。以变截面圆端形空心桥墩共同作用制动力、纵向风力及土压力为算例，计算结果表明，该算法与3种有限元软件计算的墩顶位移最大误差均在0.600%以内，计算精度高。     

高速铁路连续梁空心桥墩地震分析

对于高速铁路常规跨度连续梁桥桥墩的地震力,目前设计者多采用抗震规范中单墩地震力计算公式计算,这与全桥模型的实际情况显然不符。为此,利用Midas/Civil软件建立了三种跨度连续梁的全桥空间动力模型,并通过改变基础的形式以及基础的边界条件来改变桥墩的整体刚度,分别将全桥模型计算的地震力结果与规范法的单墩模型计算的结果进行了比较,得出了两者比值(全桥模型数值/单墩模型数值)。当桥墩刚度越强时这个比值越小,桥墩刚度越弱时这个比值越大的结论。并给出了这个比值与刚度之间的关系曲线。最后提出了对于实体桥墩及考虑活动支座摩擦影响的展望。     

跨度(55+88+55)m V形连续刚构桥基础刚度对整体结构的内力影响

V形墩连续刚构桥由于其优美的造型及较好的受力特点,在城市桥梁中得到越来越广泛的应用。结合西安地铁3号线(55+88+55)m V形连续刚构桥的设计实例,阐述该V形连续刚构桥主墩基础刚度的模拟方法及基础刚度对连续刚构桥内力的影响。特别是在矮墩连续刚构桥的设计中,通过合理地考虑基础刚度对总体刚度的影响将会直接关系到基础设计的经济性。     

城轨交通高架桥墩顶纵向刚度的设计探讨

对桥墩纵向刚度进行计算,分析影响桥梁下部结构刚度的主要因素,包括桩径、桩间距以及墩截面几何尺寸.探讨在相同刚度的条件下,如何合理选择墩柱刚度及基础刚度,以保证结构受力合理且经济性好.     

制动力作用下铁路桥墩墩顶纵向水平刚度变化模型试验研究

研究目的:通过研究在制动力作用下墩顶刚度的提高程度,验证现行设计规范的合理性。研究结果:测试数据表明在制动力作用下墩身纵向刚度提高较小,提高幅度小于3%。对于常用墩台基础可不考虑制动力作用下墩顶刚度的提高影响,按现行铁路规范中的方法计算墩顶刚度能够满足当前工程需要。     

罕遇地震作用下高速铁路减隔震简支梁桥合理计算模型的探讨

以往在分析减隔震桥梁的地震响应时,由于考虑到桥墩和基础应保持弹性工作状态,在基于强度的设计中偏于安全考虑桥墩一般采用毛截面刚度建立弹性梁单元模型。实际上,在罕遇地震作用下,桥墩墩底截面虽然未达到屈服状态,仍然会出现保护层混凝土开裂,并导致桥墩刚度降低。此时,应考虑对桥墩刚度进行适当修正以估计桥梁的各项地震响应参数,这也有利于实现减隔震桥梁基于位移的抗震设计。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,分别采用弹塑性纤维梁柱单元、弹性梁柱单元、考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩建立3种计算模型,探讨适用于罕遇地震作用下的高速铁路减隔震桥梁的合理计算模型。结果表明,当罕遇地震作用下桥墩位移延性超过0.5时,考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩的计算模型能够较好地估计桥梁各项地震响应参数。     

城市轨道交通独柱墩高架车站的墩柱及桩基设计探讨

以重庆城市轨道交通某独柱墩高架车站为例,比较<铁路桥涵设计基本规范>和<混凝土结构设计规范>中的桥-建组合结构车站在设计理论、荷载效应以及墩柱和桩基在承载能力安全储备上的差异;通过有限元程序分析桩基刚度对整体结构横向刚度的贡献,探讨桩基设计中刚度的影响因素.     

变截面双肢薄壁高墩基础约束刚度动力识别方法

以汝郴高速公路山店江大桥1号高墩为工程背景,基于Rayleigh能量法和South—well频率合成法导出变截面双肢薄壁桥墩结构复合振动基频计算公式,将基频表示成各惯性元和变形元所组成子系统的频率合成。在此基础上建立结构基础约束刚度识别方法,利用结构固有基频和地基约束刚度的关系,采用脉动实验测得桥墩2个不同施工阶段的振动频率,估算出基础约束刚度,并与设计值进行比较,为桥梁桥基~k_T-质量评估提供了科学依据。     

列车制动对刚构桥上无缝线路梁轨相对位移的影响研究

基于有限元方法建立桥上无缝线路单层弹簧阻力模型,研究了刚构桥及相邻简支梁桥桥墩纵向水平刚度匹配关系对梁轨相对位移的影响。采用铁路上常用的3种跨度刚构桥进行对比计算分析,结果表明,在刚构桥全桥制动时,刚构桥桥墩纵向水平刚度在一个范围内,梁轨相对位移随着刚构桥相邻两侧简支梁桥桥墩纵向水平刚度的增加先降低后增加;小于该范围时,梁轨相对位移随着简支梁桥桥墩刚度的减小而减小;而大于该范围时,梁轨相对位移变化规律与小于该范围的规律相反;并且该刚度范围随着刚构桥总长度的增加而增大。对于60 m+100 m+60 m的刚构桥,上述范围为1 100¹ 400 kN//(cm·双线);当刚构桥桥墩刚度取定为1 100 kN/(cm·双线),简支梁刚度从800 kN/(cm·双线)降低到400 kN/(cm·双线)时,附加伸缩力降低,梁轨相对位移先降低后增加,采用归一化方法处理数据,得出最优刚度取值为455 kN/(cm·双线)。     

桥墩及桩基形式对墩底平转施工转盘设计的影响

以新建福厦(福州—厦门)高速铁路17500 t转体刚构为背景,采用实体有限元方法分析了不同桥墩类型及桩基布置对墩底平转转体中转盘受力的影响,并对桥墩及桩基进行了优化。结果表明:实体墩对上转盘受力最有利,其次是空心墩,最不利的是双薄壁墩;增加墩底实体段能够有效降低空心墩、双薄壁墩上转盘的主拉应力;随着墩底实体段高度的增加,主拉应力降低的幅度逐渐变小;球铰正下方有桩基时对下转盘底部受力更加有利;距离球铰中心越远,桩基受力越小,适当增加中桩桩径,可使各桩基应力状态更加均衡。     

合福铁路古田溪特大桥设计

古田溪特大桥是新建合福铁路重点控制桥梁工程之一,该桥集高墩大跨、深水基础于一身,兼具山区铁路与高速铁路双重特点,设计施工难度大。研究其桥式方案选择及设计施工要点,通过分析无缝线路特性,合理确定主桥桥式方案;结合施工组织,总结了主跨梁部结构、主桥桥墩及主墩基础的设计施工要点。车桥耦合动力仿真分析结论表明,当车速不超过该桥设计车速350 km/h时,安全性指标均在限值以内。