钢管混凝土叠合柱式桥墩受力性能分析

为减小桥墩阻水面积,跨南水北调中线工程主干渠的大油村北桥2号墩墩身采用圆形钢管混凝土叠合柱.采用有限元法进行计算分析,研究叠合柱钢管壁厚与轴向应力比率、弯曲应力比率、抗剪应力比率和组合应力比率、荷载下位移及自振周期等因素的影响规律.结果表明,叠合柱能以较小的直径满足既定承载能力的要求,比普通混凝土桩柱式结构具有更好的经济性和抗震性能.     

桩柱式基础的屈曲机理及稳定分析

论述了桩柱式基础的屈曲稳定的影响因素,基于能量法分析河床下切对桩基稳定性的影响,建立了将桩和柱视为一个整体的分析计算模型。以广东茂名下郭大桥工程为实例,分析河床下切对桩柱式基础的稳定性。计算表明:增加对桩柱的约束长度比提高地基土的性能对提高稳定性效果会更好;对于河床下切严重的桩柱式基础,提高桩侧土的性能对改善桩柱结构的稳定性能效果不是很明显。     

土-桩-结构相互作用对砼自锚式悬索桥地震响应的影响研究

土-桩-结构相互作用是桥梁结构抗震研究中的难点,针对砼自锚式悬索桥进行土-桩-结构相互作用研究有助于该类结构的抗震设计及推广应用。文中利用有限元软件分别建立塔墩固结模型和考虑土-桩-结构相互作用模型,研究两种结构模型的动力特性和不同地震工况下的地震响应。结果表明,土-桩-结构相互作用延长了结构自振周期,主塔振动主导和参与的振型频率减小;与基础固结模型相比,考虑土-桩-结构相互作用模型的主梁弯矩和位移分布发生变化且响应幅值减小,主塔塔顶横桥向位移减小明显,塔底弯矩和剪力减小,主缆锚固端内力增幅减小,吊索力增幅在不同工况下有增有减,这类结构抗震设计时采用基础固结模型较保守。     

考虑桩土相互作用的大跨结构不一致运动分析

大跨度结构抗震分析时通常忽略桩土相互作用的影响。首先推导出大跨度结构在考虑桩-土-结构相互作用时的不一致运动时程分析方程。其次利用ANSYS软件建立基础固接与考虑桩-土-结构相互作用的两种模型,其中桩-土相互作用利用根据相互作用因子推导出的土弹簧单元实现。然后对比两种模型在地震荷载作用下的响应。结果表明不同模型对不一致运动的敏感度是不同的,考虑桩-土-结构相互作用和不一致输入是符合客观事实的。     

桩土相互作用对大跨度刚构桥抗震影响分析

为研究桩土相互作用对大跨度连续刚构桥地震响应的影响,采用MIDAS/Civil建立嵌固模型与m法模型,对施加嵌固作用与考虑桩土相互作用时桥梁结构的地震响应进行对比分析。结果表明,考虑桩土相互作用时,桥梁结构整体刚度偏小,同时土层能减缓地震对桩基的作用,桥梁上部结构内力变小,相比直接固结桥墩底部,这种模拟方法与实际工程更吻合。     

包裹式加筋土桥台工作机理的模型试验研究

土工合成材料加筋土桥台具有缩短桥梁跨度、降低工程造价的优势。包裹式加筋土桥台是其中的一种形式，桩柱包裹在加筋土桥台内，由桩柱承担桥梁自重和桥上交通荷载。在加筋土桥台内存在加筋土与桩柱之间的相互作用，对此尚缺乏应有认知。本研究完成了4组包裹式加筋土桥台的模型试验，以研究包裹式加筋土桥台的工作原理，探讨墙趾水平约束和筋材绕桩方式等对桥台变形和桩柱受力的影响。研究结果表明，在包裹式加筋土桥台中，桩柱与加筋土之间存在明显的相互作用，桥台在工作荷载下结构稳定，工作性能良好；在路基、路面荷载和被挡土体的共同作用下，桩柱承受了较大的侧向土压力，桩柱的存在阻挡了加筋土的位移，减小了桥台的侧向变形和加筋材料的受力；设置墙趾水平约束、减小加筋间距和采用刚性格栅绕桩方式均可增强加筋土桥台的整体性，减小桥台的变形和加筋应变，改善包裹式加筋土桥台的工作性能。研究结果可为包裹式加筋土桥台工程设计提供参考。     

黄土边坡悬臂式与全埋式单排两桩抗滑桩原位模型试验

以单排两桩抗滑桩为研究对象，将室内抗滑桩缩尺模型试验方法中的重塑土条件改进为原状土条件，参照岩土体现场直剪试验方法设计了抗滑桩现场模型试验，在高速公路高陡黄土边坡上进行悬臂式、全埋式抗滑桩原位缩尺模型试验，确定2种埋设方式的模型桩与原状黄土体相互作用至极限状态过程中的受力变形规律，探究2种埋设形式的抗滑桩在原状黄土中的受力分配过程，获得2种埋设形式的模型桩各自的破坏模式。试验结果表明：各模型桩在受力过程中均经历了零位移阶段、有效变形阶段和失效阶段，并将3个阶段的分界点分别定义为临界启动荷载和临界阻滑荷载。2种埋置形式的模型桩均属于多点依次断裂破坏，两悬臂式模型桩首次破坏点位于模型桩入土深度约68 cm处，A桩为两桩中的首先破坏桩，两桩的临界启动荷载为32.5 kN，临界阻滑荷载为75.5 kN；两全埋式模型桩首次破坏点位于模型桩入土深度约51 cm处，A桩为两桩中的首先破坏桩，A桩的临界启动荷载为32.5 kN，B桩为22 kN，两桩的临界阻滑荷载为93 kN。在全埋式条件下，两桩在受力过程中均存在明显的相互协调过程，而这一过程在悬臂式条件下并未出现。试验结果为抗滑桩破坏预警及设计计算提供了数据支持。     

埋置式框架桥结构内力敏感性分析

为探讨钢筋混凝土埋置式框架桥的各项设计参数对不同跨径及填土高度结构的受力影响,借助有限元分析软件建立模型并进行受力分析。结果表明,跨径、填土高、拱顶半径增大均会明显增加结构弯矩;结构净高增大能稍许减小结构拱顶所受正弯矩,但对结构立墙顶部负弯矩有明显不利影响。埋置式框架结构与传统桥梁不同之处在于其以土为回填材料,引入了土与结构的相互作用。在计算方面,土体逐层添加并分层计算,与传统土压力计算方法相比能更准确地反应结构的真实受力情况。     

考虑桩-土相互作用的高架桥抗震性能研究

以一座主跨跨径50 m的典型三跨高架桥为例建立有限元模型,利用ANSYS的二次开发平台APDL进行时程分析,研究墩底固结与桩-土相互作用下桥梁的地震响应。结果表明,考虑桩-土相互作用后,结构的自振频率明显降低,基频降低50%,关键截面的位移和内力变化显著,位移最大变化量接近500%,梁的内力最大相对增幅约45%,在高架桥抗震设计时需考虑桩-土相互作用。     

桩-土-结构相互作用对空心薄壁墩梁桥抗震的影响

本文结合兰州毅德国际商贸城园区规划二路柳沟河桥设计实例讨论了桩-土-结构相互作用对空心薄壁墩梁桥在非线性时程反应分析抗震结构性能的影响,通过不同计算模型比较讨论了利用桩-土-结构相互作用优化空心薄壁墩梁桥抗震结构设计,并提出在桩-土-结构相互作用在抗震中需要进一步研究的问题。     

不同承台结构形式对大跨刚构桥抗震性能的影响分析

为探究高烈度区不同承台结构形式对大跨预应力混凝土连续刚构桥梁抗震性能的影响,以某座108 m+188 m+108 m双幅双肢薄壁墩连续刚构桥为工程背景,采用时程分析方法对该桥进行三向激励,对比研究纵联横离式、纵联横联式、纵离横离式、纵离横联式共4种承台结构形式对两幅桥墩柱和桩基内力、位移动力响应的影响。结果表明：采用纵离的承台形式在纵向地震下,桩基内力需求降低了30%~70%,墩柱内力需求降低了26%~33%,且与纵联的承台形式相比,桩身拉力减少较多;采用横联的承台形式在横向地震下,桩身轴力需求降低11%,且基本不存在拉力,桩基和墩柱的内力响应虽分别增大30%和16%,但与纵向减小量的相比,增加幅度较小。因此,为提高特大桥全寿命周期的安全性和经济性,对于以地震响应为控制设计核心要素的高烈度区大跨连续刚构桥梁,建议采用纵离横联式的承台结构形式。     

白沙长江大桥横向抗震体系研究

白沙长江大桥是一座塔墩梁固结的主桥长为920 m的双塔独柱式混合梁斜拉桥.为了研究其辅助墩和过渡墩处横桥向的合理约束体系,分别在横向自由、横向约束、过渡墩约束及辅助墩约束4种约束体系下进行时程分析,研究斜拉桥在不同横向约束体系下的地震响应特点,针对混凝土刚性挡块和粘滞阻尼器减震体系分析不同参数对抗震性能的影响.结果表明:采用混凝土刚性挡块对同时减小各墩的横向地震响应作用较小;采用粘滞阻尼器体系可以有效减小各墩的横向地震响应,以及墩梁相对位移.     

基于位移的整体桥混凝土桩基抗震设计准则

实际工程中的整体桥常采用柔性桩基础吸纳温度或地震作用下产生的水平往复变形。为研究整体桥桩基的抗震性能和变形能力等,开展多种类型桩基的拟静力试验研究,分析比较不同类型桩基的破坏模式、水平变形与承载能力、应变与弯矩分布规律等。研究结果表明：钢筋混凝土RC桩和PHC管桩的破坏位置随配筋率和预应力度的增加而加深,桩-土相互作用效果提高,能有效改善混凝土桩基的抗开裂变形性能;矩形截面较圆形截面桩具有更好的桩-土相互作用效果和耗能能力;桩基的变形拐点会随着配筋率和截面的增大而明显加深,更有利于提高桩基的有效桩长和水平变形能力;相比RC混凝土桩,H形钢桩表现出了更好的弹塑性变形能力和延性,耗能能力更强;桩基承载比可以较好地评估桩-土相互作用效应;混凝土桩基的骨架曲线可以用弹性极限位移、不可观测的开裂位移、可观测的开裂位移、压碎位移、峰值荷载位移和极限位移的特征点表述,且随着配筋率和预应力度的增加,其位移特征点均会有所提高;提出基于位移的整体桥混凝土桩基“三阶段设防、五等级破坏”抗震设计准则,可供有关规范的设计与制定提供参考。     

被动分肢墩的抗震设计原理和试验研究

提出了一种新型抗震墩柱———被动分肢墩的抗震设计思想,通过对墩柱截面功能的合理设计,利用地震荷载对其中“牺牲”部件的破坏,调整墩柱结构的抗推刚度和动力特性,提高墩柱的抗震性能。拟静力试验表明:与普通延性墩柱相比,被动分肢墩具有更好的延性和耗能能力。     

不同布桩形式对桥墩地震响应的影响

该文结合典型工程实例,对五种不同的桩基布置形式建立有限元模型,分析不同布桩形式对桥墩地震内力的影响。在水平地震荷载作用下,增加桩基的刚度和数量不一定能改善桥墩受力,需要在顺桥向和横桥向分别输入地震波综合考虑桥墩地震响应,从而得到合理的桩基布置。     

基于灌浆波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱抗震试验

预制拼装钢筋混凝土（RC）墩柱与承台连接节点的关键构造及其抗震性能是强震区应用预制装配技术需要解决的关键问题。目前灌浆波纹管连接预制拼装RC桥墩主要应用于非强震区,其抗震性能和地震失效模式研究远落后于工程实践,针对此类问题,采用灌浆金属波纹管锚固钢筋技术连接预制拼装RC墩柱与承台,开展预制拼装RC墩柱拟静力往复加载试验研究。通过对比分析预制拼装RC墩柱与现浇RC墩柱的损伤演化过程、局部钢筋应变、失效模式和非线性力学行为评价基于灌浆金属波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱的抗震性能。结果表明：基于高强砂浆灌浆金属波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱的抗侧强度和现浇墩柱基本一致,但位移延性和耗能能力略低于现浇桥墩;预制拼装RC墩柱的损伤主要发生在墩底与承台接缝层的上下界面处以及墩柱底部塑性铰区域,承台内预埋波纹管锚固钢筋均未发生黏结滑移破坏;基于灌浆金属波纹管锚固钢筋连接技术可应用于强震区预制墩柱与承台的拼装连接。     

滨海特大高架桥梁抗震优化设计

为研究滨海特大高架桥梁地震反应性能,分析下部结构的影响,优化桥梁设计,为工程抗震设计提供参考.以工程实例为对象,建立三维动力模型,分析不同墩柱尺寸和桩基方案对桥梁地震反应的影响,并对桥梁进行延性抗震设计验算.结果 表明:随着墩柱尺寸和桩基数量增加,虽然其自身承载能力会变大,但同步地震反应也会增大;因此,需要选取经济合理的截面尺寸和桩基数量;根据分析选取的两项设计参数,在地震作用下,可以很好的满足延性抗震设计要求.     

现浇X形桩复合地基桩土应力比及负摩阻力现场试验

结合南京市桥北污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形桩(简称X形桩)单桩及单桩复合地基竖向承载力特性现场试验,测得了荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身轴力以及桩侧负摩阻力等分布规律,分析了不同桩间距与荷载等级下复合地基中桩土协调相互作用和荷载分担比;并进行了同等条件下等混凝土用量圆形桩竖向承载力特性试验和分析。结果表明:复合地基中X形桩桩侧负摩阻力主要发生在0.27倍桩长以上;同等条件下,桩侧负摩阻力最大值约为其正摩阻力最大值的60%;X形桩复合地基桩土荷载分担比较普通圆形桩复合地基桩土荷载分担比更合理,承载力也更高。     

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时，在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用，但是墩梁相对位移偏大，主梁容易与挡块发生碰撞，甚至发生横桥向落梁等严重震害。为提高桥梁横向耗能能力，减小地震作用下主梁的侧向位移，研发了一种填充式钢管阻尼器，阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统。地震作用下，板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力，填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量，可以有效减小墩梁相对位移。首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理，试验研究其滞回性能和失效模式，并提出实用简化分析模型。在此基础上，以一座简支小箱梁桥为例，给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程，分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能。结果表明：在地震作用下，填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块，附加填充式钢管阻尼器后，墩梁相对位移明显减小，而墩顶位移和墩底内力等变化不大，附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响。     

雅叶高速康定过境段超高烈度区桥梁抗震设计

为研究超高烈度区中小跨径桥梁抗震设计特点,以康新高速康定过境段互通和主线桥梁设计为工程背景,对非规则桥梁提出了多种抗震设计方案,运用了非线性时程分析法,对比了常规混凝土与钢结构、下部圆柱墩与空心方墩,减隔震设计与延性设计对抗震的影响效果。研究表明：在超高烈度区,采用钢结构梁可以有效减小地震效应；从优化下部墩柱、系梁、盖梁自重等细部构造出发,可得到更卓越的抗震性能；在墩高较高时,减隔震设计方案不一定最合理,设计时需进行减隔震与延性设计方案对比。