无缝型桥梁拱型搭板的可行性研究

目前多数无伸缩缝桥梁(无缝桥)设置的桥台搭板,存在台后填土沉降、搭板脱空等问题,间接导致行驶车辆桥头跳车.从结构角度出发,提出一种新型搭板形式——拱型搭板,通过模拟拱型搭板在主梁纵桥向变形下的竖向沉降情况并对路面平整度进行分析研究,结果表明该结构具有良好的吸收变形能力及路桥过渡效果,对无缝桥处理路桥过渡段提供新思路.     

半整体式桥台无伸缩缝桥静力分析

为了克服桥梁伸缩缝病害,考虑了桥梁上部结构、下部结构和基地土的共同作用,建立了半整体式桥台无伸缩缝桥的静力计算模型。以一座长100 m PC连续箱梁桥为例,对该桥在重力、车辆和季节性温度变化荷载作用下进行了弹性大变形分析,对相应的有伸缩缝桥和整体式桥台无伸缩缝桥分析结果进行了对比。结果表明:半整体式桥台无伸缩缝桥主梁的弯矩、剪力、挠度和下部结构的轴力与有伸缩缝桥接近,但主梁中出现了轴力,下部结构弯矩和剪力较有伸缩缝桥大,说明半整体式桥台无伸缩缝桥消除了伸缩缝的病害,结构整体刚度大,是一种有应用推广价值的桥型。     

整体式斜交连续梁桥抗震性能

采用SAP2000软件建立了某整体式斜交连续梁桥的三维有限元模型,通过非线性时程分析,研究了整体式斜交连续梁桥在地震作用下的受力特性及抗震性能,并探究了跨数、斜交角、台后土密实度和墩高等主要结构及基础参数对该类桥梁地震响应的影响。研究结果表明:整体式斜交连续梁桥中震害变形主要集中于桥台桩,桩顶截面在峰值加速度为0.4g的地震作用下形成塑性铰时,墩顶支座无破坏,且桥墩几乎无损伤;桥台桩位移及纵桥向弯矩的最大值均位于桩顶,而横桥向弯矩最大值可能位于桩顶或桩身反向弯矩峰值处;随着跨数的增加,整体式斜交连续梁桥的地震响应尤其是墩顶支座剪切应变及桥面转角明显增大,当跨数由单跨增加到4跨时,地震响应均增加了1倍以上,墩顶支座剪切应变甚至增加近2倍;随着斜交角的增加,桩顶纵桥向位移、桩顶截面屈服面函数值及中跨转角明显增大,斜交角为60°时,桩顶纵桥向位移增加了3倍以上,斜交角为45°时,墩顶支座剪切应变最大;随着台后土密实度的增加,各构件纵桥向位移响应与墩顶支座的纵向剪切变形降低,桥台桩、桥墩纵桥向位移及墩顶支座纵向剪切变形分别减小了12.9%、9.3%和9.5%;随着墩高的增加,墩顶位移明显增加,而支座剪切应变明显降低,但桩顶位移及桩顶截面屈服面函数值几乎不变;当墩高从4 m增大到9 m时,墩顶漂移率增大了42.1%,墩顶支座剪切应变减小了57.5%。      

斜交梁桥受力特性及设计研究

支承方式对桥梁结构的受力性能具有重要影响.与常规的正交支承桥梁结构不同,斜交支承条件下,桥梁结构表现出许多特殊的受力规律:由于弯扭耦合作用,在两端附近梁端内有较大负弯矩产生,支座反力不均匀,甚至会出现负拉力现象;在竖向荷载作用下,作为下部结构的桥台,也会表现出特有的受力特点,影响荷载较上部结构更加复杂.在分析了上部结构受力特性后,整体建模,分析了主梁和桥台的受力效应.研究了整体斜交角影响下的正交与斜交作用效应对比和桥台斜交角影响下的斜交梁桥作用效应对比.依据上述两种情况的对比分析结果,为斜交梁桥的上部结构设计以及桥台、桥墩设计提供科学的技术指导.     

考虑SSI的整体式钢桥抗震性能参数分析

利用SAP2000建立了某整体式钢桥的三维有限元模型, 采用非线性弹簧单元和阻尼单元模拟地震作用下桥台-土和桩-土之间的相互作用, 分析了桥梁的模态、非线性时程与相应的参数, 研究了考虑土-结构非线性相互作用的整体式钢桥动力特性和抗震性能, 以及整体式桥台系统的主要设计参数对此类桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明: 压实台后填土、增加桥台高厚比、增加桩周土刚度将使桥梁结构纵向主频增加约6.5%~16.0%, 而H型钢桩的朝向影响仅为1.6%左右; 结构地震响应随着桥台高厚比增加而明显降低, 桥台高厚比为1.44时, 桩顶截面处于塑性阶段, 而高厚比增大到3.15和3.85后, 桩保持弹性状态; 随着台后土密实度的减小, 结构的地震响应明显增大, 增幅大都在40%以上; 桩的朝向由绕强轴弯曲调整为绕弱轴弯曲时, 桩的最大弯矩减小, 但弯曲应力增大, 材料由弹性进入塑性阶段; 随着桩周土刚度增大, 桥梁位移响应明显减小, 桩顶、台顶最大位移及墩底弯矩减小50%左右, 但是桩顶弯矩增大40%以上, 桩的朝向对此几乎无影响; 在满足设计要求及合理范围内, 建议采用高厚比较大与柔性较高的桥台, 并压实台后填土以减小整体桥结构的地震响应, 桥台基础采用H型钢桩时, 建议将其朝向调整为绕强轴弯曲以减小桩、桥台和墩柱的最大弯曲应力与位移。      

桥头搭板对台后主动土压力的影响分析

为了分析桥头搭板对台后主动土压力的影响,以轻型桥台为例,假定四种工况,分别计算台后主动土压力和桥台弯矩。结果表明,台后设置搭板能够有效地减小台后填土和汽车荷载对桥台的主动土压力,对桥台和挡土墙是十分有利的。     

无伸缩缝桥梁研究综述

综述了无伸缩缝桥梁(简称“无缝桥”)技术发展，介绍了无缝桥优点、应用和研究热点，分析了无缝桥纵桥向受力特点、桩-土相互作用、台后土压力与抗震性能，指出了新技术研发与应用的现状与发展方向。分析结果表明:无缝桥技术受到许多国家的重视，已开展了大量的实桥监测和其他研究；在纵桥向受力方面，温度变形是其主因，现有规范中所给出的平均温差与实桥监测结果相差较大，应研究精度更高的计算方法；桩-土相互作用是整体桥受力的特点与研究的难点，在计算土抗力时，m法应限于小位移的无缝桥，位移较大时宜采用p-y曲线法；桥台桩基受力复杂，H型钢桩存在屈服、疲劳、屈曲的破坏可能，混凝土桩则易出现开裂病害；无缝桥温升时台后土压力增大，是研究的热点与难点，它随水平变形量和往复变形次数增大而增大的机理、量值和分布未达成共识，有待今后深入、系统的研究；纵桥向受力分析应建立全桥有限元模型，考虑结构-土相互作用和节点非线性性能；钢主梁受压稳定性和混凝土主梁抗裂性能是研究与设计的关键；引板是无缝桥的病害易发构件，面板式引板应减小板底摩阻力，避免开裂和末端沉降，而斜埋入式引板应控制其末端之上接线路面的隆起和下陷；许多无缝桥新技术已被提出并得到应用，今后还需深入研究，如:新材料与新构造在无缝桥各组成部分、台背、桩基与引板中的应用等；无缝桥具有较强的结构强健性、抗倒塌和防落梁能力，抗震研究已取得可喜的进展，但许多国家尚未形成相关的设计规定，应继续研究，为将来的应用和规范制订提供科学依据。      

预制装配式小箱梁跨中横隔板设置数量对结构整体受力影响分析

以双向六车道高速公路横断面下20m、30m、40m跨径预制装配式小箱梁为研究对象,运用有限元分析软件Midas建立计算模型,量化预制装配式小箱梁中横隔板设置数量对结构整体受力影响。计算分析得出,对于中小跨径预制装配式小箱梁,设置1道跨中横隔板可以大幅减小各主梁跨中活载弯矩,满足各主梁整体协调受力的要求,且施工相对简单、造价经济,是设计的最优选择。     

高填土薄壁式轻型桥台群桩基础结构分析

群桩基础薄壁式轻型桥台是公路桥梁和城市桥梁的一种常用的桥台形式,但台后高填土H=3-10m如设计不当,就会造成桥台侧倾或结构破坏。本就填土高H=3-10m的情况,结合新昌地区地地质条件,通过进行群桩基础薄壁式轻型桥台的参数分析,得出薄壁式轻型桥台群桩基础合理的桩径和群桩基础中心和桥台自重中心的合理偏心距,从而保证台后高填土情况下群桩基础薄壁式轻型桥台结构的安全。     

温度荷载对装配式梁桥受力性能的影响

中小跨径预应力混凝土装配式梁桥数量多且病害较多,温度作用是导致病害的关键因素,主要研究了温度荷载对其受力性能的影响,通过建立ANSYS有限元模型,从温度梯度、整体升温、整体降温几个方面展开研究,得到其应力、应变数据,绘制曲线,最终分析得出以下结论:温度梯度与整体升降温对桥梁结构所产生的影响是不同的。前者会对桥梁结构的受力以及变形造成很大的影响,且影响情况比较复杂,因此在桥梁结构的设计、施工过程中一定要考虑温度梯度的作用。     

悬索桥初始内力与几何非线性对梁轨相互作用的影响

依据梁轨相互作用原理, 提出了基于悬索桥成桥变形状态重构道床纵向阻力位移-力曲线的方法, 并从存在初始位移的5×32 m简支梁桥上无缝线路钢轨受力和变形两方面验证了重构方法的可行性; 结合多单元建模方法与U.L.列式法, 建立了考虑悬索桥初始内力和几何非线性的线-梁-索-缆-塔空间计算模型, 以某(2×84+1 092+2×84) m大跨悬索桥为例, 对比分析了不同工况下悬索桥初始内力与几何非线性对梁轨相互作用的影响。分析结果表明: 提出的道床纵向阻力重构方法能够避免桥梁初始变形对梁轨相互作用的影响, 使悬索桥上无缝线路计算模型能考虑初始内力的影响; 主缆垂度效应对各工况下梁轨相互作用的影响不足1%, 计算中可忽略该因素; 悬索桥初始内力主要影响挠曲、制动及断轨工况, 可使挠曲力、制动力及断缝值分别降低22.4%、12.7%和9.3%;大变形效应不仅可以改变挠曲力分布规律, 还可大幅减小断缝值, 降幅达22.4%;建议悬索桥上无缝线路在挠曲、制动及断轨工况下应考虑初始内力与大变形效应的影响, 伸缩工况下可将悬索桥简化为同等跨度的跨中纵向约束、梁端自由的连续梁桥进行计算; 建立的计算模型可为悬索桥上无缝线路设计提供精确的仿真结果。      

升温荷载作用下整体式桥梁台后土压力计算方法研究

以黑龙江富裕县整体式桥梁为工程背景,进行整体式桥梁台后填土的物理力学性能和土压力监测试验,建立三维有限元模型,采用非线性p-y曲线法计算分析整体式桥梁桥台在升温荷载作用下与土体相互作用,并将几种经典理论的计算值与实测值对比分析,研究了整体式桥梁在升温荷载作用下台后土压力的简化计算方法。研究结果表明:升温时,整体式桥梁台后土压力沿台高呈非线性分布,采用非线性p-y曲线法计算台后土压力分布规律与实测土压力的分布规律一致;基于K(土压力系数)与Δ(台顶位移)/H(桥台高度)关系计算的台后土压力合力与实测值的比值介于0.944~1.003之间,精度可满足工程要求。     

预应力混凝土曲线梁桥受力性能参数化分析研究

结合曲线梁桥实际工程,运用大型通用有限元分析软件ANSYS提供的参数化设计语言,对一座跨径布置为3×30 m,桥宽为12 m的预应力混凝土曲线梁桥在不同曲率半径R以及边中跨径比L1/L2条件下进行了受力性能分析。研究结果表明:随着曲率半径的减小,曲线桥会在支墩主梁处产生扭矩值,且不断增大,另外建议当R/L≥10倍时可以近似按照直线桥进行受力分析;设置合理的边中跨径比不仅可以平衡边跨与中跨的内力分布,亦能有效地调节曲线梁桥支墩处的扭矩分布。     

大跨自锚式斜拉-悬索协作体系桥地震响应及减震控制分析研究

基于结构非一致激励地震动方程,建立空间非线性有限元模型,探讨一致输入、行波输入下结构的地震响应.分别以主梁纵向位移、塔底内力为控制目标,研究粘滞阻尼器参数变化对结构减震效果的影响.计算结果表明:地震作用下塔底顺桥向弯矩达365.12MN.m,对自锚式斜拉-悬索协作体系桥的设计起控制作用;行波效应使得主梁跨中横向位移增大42%,横向弯矩减小14%;结构纵向位移及塔底内力在考虑行波效应后减小9%左右,安装参数合理的阻尼器使主梁纵向位移减小44%,主梁跨中弯矩和剪力减小41%,塔底纵向弯矩减小37%,达到减震效果.     

超大跨径超高性能混凝土连续梁桥优化设计研究

为改善超大跨径超高性能混凝土连续梁桥的受力状态,提升整体结构的稳定性,对桥梁整体设计方案进行优化。根据数值模拟分析结果,对跨中梁高、支点梁高、支点底板厚度等设计参数进行调整,优化桥梁设计方案。对优化后桥梁的结构受力状态和徐变下挠进行数值模拟分析,结果表明优化后桥梁结构受力状态良好、长期挠度较小,桥梁整体结构受力和变形均得到有效改善。     

无缝化改造的空心板桥受力性能

对某多跨空心板桥进行了无缝化改造, 简支板改为双排支座连续板, 桥台改为延伸桥面板桥台, 取消了全桥的伸缩装置; 测试了实桥静动载, 研究了无缝化改造后的多跨空心板桥受力性能; 应用有限元模型, 计算了结构受力、承载力、引板受力及单、双排支座对结构力学性能的影响。测试结果表明: 无缝化改造后的桥梁实测基频为8.60Hz, 高于改造前的5.37Hz, 4种车速下实测冲击系数最大值为1.11, 小于《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60—2004) 的计算值1.36, 应变与挠度校验系数均小于0.95, 因此, 无缝化改造提高了全桥整体性能, 改善了行车条件。有限元分析结果表明: 无缝化改造后桥梁基频的计算值为8.48Hz, 实测基频与计算基频比值为1.01, 因此, 改造后桥梁功能状况良好; 跨中截面的正弯矩明显降低, 第2跨跨中降幅最大, 达15.6%, 但内支座处出现了负弯矩, 同时剪力增大, 最大增幅为18.2%;跨中挠度明显降低, 以第2、3跨降幅最大, 达35.5%, 桥梁整体刚度明显提高; 最大裂缝宽度计算值为0.15mm, 小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62—2004) (简称《桥规》) 规定的0.20mm, 承载力、挠度和裂缝宽度验算均满足《桥规》要求; 支座排数对上部结构的受力影响较小, 采用双排支座是可行的; 引板与地基的摩擦因数对引板和铺装层轴向力影响较大, 对弯矩影响较小; 引板和铺装层最大拉应力分别为0.87、1.25MPa, 满足设计强度要求。      

整体桥台的构造和对温度位移的反应

整体桥台是把上部构造、桥台和桩基全部浇筑在一起的一种桥台构造,其桩基为H型钢桩,具有较大的柔性,可以随桥台一起变形.整体桥台取消了伸缩装置和桥台支座.这种"桥台一桩"的受力体系,既能有效地抵抗土压力,又能包容桥梁因温度等因素而产生的位移,在中小型跨径桥梁中是一种极具竞争力的桥型.     

基于中长期环境温度变形效应的半整体桥台-土相互作用试验

为研究环境温度作用对半整体桥台与台后土之间相互作用机理的影响,以简化半整体桥台-土结构模型为研究对象,进行了基于位移的环境温度作用下半整体桥台-土相互作用拟静力试验。研究结果表明:半整体桥台的滞回曲线随季节性温度变化而变化,季节性升温和降温转化段对桥台-土相互作用的影响非常显著,而持续增加或减小段对其影响较小;一年中的第1个升温段对桥台-土相互作用影响更大,随着几个季度的温度加载,台后土逐渐被压实,土压力变化趋于稳定,增加趋势减缓;不同季节昼夜温度变化对桥台-土相互作用的影响不同,夏季白天升温对桥台-土相互作用的影响小,而夜晚降温的影响大,冬季则反之;随着季节性温度的逐渐升高,桥台-土相互作用滞回曲线由凹形向凸形发展,呈现出更加饱满的梭形;中长期环境温度对台-土相互作用影响较大,经过一整年的温度作用后,台后土压力显著增大,产生棘轮效应;桥台转角与加载位移存在较大相关性,随着循环次序的增加,桥台转角先逐渐增大后趋于稳定;在中长期环境温度作用下,半整体桥台逐渐表现出往台后方向偏转的趋势;昼夜温度变化对桥台转角的影响不可忽视,在相同加载位移下,考虑季节性温度和昼夜温度叠加作用情况的桥台转角试验结果比仅考虑季节性温度作用时增大了94%。      

整体桥台的构造和对温度位移的反应

整体桥台是把上部构造、桥台和桩基全部浇筑在一起的一种桥台构造,其桩基为H型钢桩,具有较大的柔性,可以随桥台一起变形。整体桥台取消了伸缩装置和桥台支座。这种“桥台-桩”的受力体系,既能有效地抵抗土压力,又能包容桥梁因温度等因素而产生的位移,在中小型跨径桥梁中是一种极具竞争力的桥型。     

大跨径弯桥圆心角对其内力、位移及稳定性的影响

为提高高墩大跨径弯桥的安全性,对不同圆心角的典型弯桥在考虑大变形和材料非线性情况下,利用有限元法对刚构桥的墩梁内力与位移进行计算,分析了桥跨的内力、位移和非线性稳定荷载系数与弯桥圆心角的关系.分析结果显示:最大悬臂阶段主梁根部的弯矩随曲线圆心角增大而略有减小,但扭矩会快速增大;曲线圆心角越大,悬臂端竖向、横向位移和墩顶横桥向位移越大,在圆心角大于38°,非线性已很明显,悬臂端和墩顶位移会急剧增大;非线性稳定系数约为稳定特征系数的35%,随着弯桥圆心角的增大,其稳定系数会迅速变小;综合考虑,大跨径弯桥圆心角不宜大于38°.