双线铁路桥梁桥墩结构与经济性分析

为分析双线铁路桥梁桥墩结构(含基础)的经济性,以某设计车速200km/h的客货共线铁路为依托。在比较2种适用桥墩形式的基础上,基于墩顶纵向水平线刚度限值和地质条件的差异,对桥墩基础进行合理布置,并对其经济性进行分析。结果表明,不同地质条件下,通桥(2012)4104桥墩和空心墩之间经济性的临界墩高均为20m;墩高20m以内时,通桥(2012)4104桥墩经济性优于空心墩;墩高大于20m时,空心墩经济性更优。     

深厚软土地区河道开挖高铁桥墩围护方案研究

在建湖杭高铁余杭特大桥39～45号墩、宁杭高铁京杭运河特大桥37～42号墩建设占用了德清县曹家横港处部分河道,需在高铁间及高铁桥梁下原位恢复河道。桥址为深厚软土地区,为降低河道开挖对高铁桥梁的影响,提出宁杭高铁桥梁与河道间采用钻孔灌注桩进行隔离、湖杭高铁桥梁两侧及桥下河床底采用水泥搅拌桩置换加固、增加河床铺砌,以维持挖方荷载平衡并提升河床底承载力的方案。采用PLAXIS 3D软件建立有限元模型,分析河道开挖时高铁桥墩围护方案对高铁桥墩变形的影响,并在施工中进行监测。结果表明：采用该高铁桥墩围护方案,河道开挖到河床底且施工河床铺砌的最不利工况下,高铁桥墩位移计算最大值为1.61 mm(竖向)、实测最大值仅0.8 mm(横向),小于规范规定的2 mm限值,该方案可行。     

预制拼装桥墩墩底隔震数值模拟及隔震影响因素分析

为了解墩底隔震技术在预制拼装桥墩中的隔震效果,基于OpenSEES软件,建立墩底设置铅芯橡胶支座的预制拼装桥墩纤维模型,选取3组不同强度、不同特性的地震动作为地震荷载,对桥墩进行非线性动力时程分析计算。通过分析桥墩模型在不同强度、不同特性地震动激励下的墩顶位移、墩底剪力、塑性铰节段内力、自振特性,对隔震效果进行评估;并研究了桥墩塑性变形和支座大变形对隔震效果的影响。结果表明:墩底隔震体系适用于预制拼装桥墩,采用墩底隔震可有效降低桥墩的地震响应,延长桥墩自振周期;受到预应力筋牵拉的影响,墩底隔震并不能减小桥墩底节段的内力,无法改善其在震后底节段受损严重的情况,隔震时应予以考虑;桥墩塑性变形增大和隔震支座大变形均可限制隔震支座隔震性能的发挥。     

连续梁桥横桥向桥墩弯矩分布特点分析

确定连续梁桥横桥向桥墩弯矩分布特点,为基于位移的抗震设计提供基础。基于典型的连续梁桥横桥向,理论分析了桥墩弯矩分布机理,然后以墩顶与墩底的弯矩比值为桥墩弯矩分布指标,采用有限元方法,就墩高分布、桥台约束情况、主梁横向惯性矩、主梁扭矩和桥墩横向惯性矩5种因素对桥墩弯矩分布的影响进行了参数分析。上述因素对于桥墩的弯矩分布有不同程度的影响,增加桥墩横向惯性矩或同时减小主梁横向惯性矩和扭矩,可以有效减小墩顶与墩底的弯矩比值。     

基于流固耦合方法的深水桥墩地震响应分析

该文以深水桥墩为研究对象,采用FSI考虑水对桥墩地震响应的影响,分析比较了不同水深、不同水域面积以及不同壁厚情况下流固耦合作用对桥墩地震响应的影响。得出考虑墩水耦合作用不仅增大了墩底地震响应的最大值,并且使墩底响应最大值发生的时刻也有所改变;随着水深的增加,流固耦合作用对墩底响应的影响增大;随着壁厚的增大,流固耦合效应对空心桥墩墩底地震响应的影响逐渐减小。     

预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析方法及试验验证

为了给预制拼装桥墩抗震设计计算提供参考,针对典型预制拼装桥墩所采用的仅无黏结预应力或无黏结预应力+耗能钢筋连接方式,考虑混凝土、耗能钢筋和预应力筋的非线性本构模型,推导了预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析计算过程。基于关键截面弯矩-曲率分析确定弯矩承载力和对应的墩顶水平荷载,然后计算各个接缝的弯矩和曲率,进而计算墩顶位移。开展了2种接缝连接方式预制节段拼装桥墩试件拟静力试验,将多节点转动推覆分析方法模拟结果与拟静力试验结果进行对比,分析预制拼装桥墩水平抗力-侧移曲线以及接缝张开、预应力筋应力、墩柱转角随侧移的变化,各种位移机理对墩顶位移的贡献,接缝处混凝土应变等。研究结果表明:多节点转动模型与单节点转动模型水平承载力计算结果基本一致,而多节点转动模型桥墩侧移计算结果大于单节点模型计算结果,多节点模型计算精度更高;多节点转动模型接缝张开、预应力筋应力和接缝转动计算结果与试验结果基本一致;开始时墩顶位移主要由剪切位移和整体弯曲位移提供,随着墩顶位移的增大,墩底接缝转动对墩顶位移的贡献逐渐占主导地位;墩柱混凝土轴向应变测试结果验证了各个接缝处混凝土应变随着墩高逐渐降低的趋势,接缝处的混凝土轴向应变远大于墩柱混凝土轴向应变。     

朔黄铁路南排河特大桥健康状态评估研究

为研究桥梁结构在水流冲刷作用下的健康状态,对朔黄铁路南排河大桥进行了动力测试。测试内容包括粱体横竖向振幅、自振频率、梁底应变、梁跨中挠度、支座横向位移以及桥墩自振频率和墩顶横向振幅。测试结果中除了墩顶横向振幅和桥墩自振频率外均能满足《铁路桥梁检定规范》规定的限值。这说明桥墩的横向刚度偏小,需采取一定的措施进行加固。试验中还比较了脉动法、余振法和冲击振动法等测量自振频率的方法之间的差异,推荐采用冲击振动法测试桥梁自振频率。     

部分充填钢管混凝土桥墩振动台试验

为了完善部分充填圆形钢管混凝土桥墩的抗震设计理论及其工程应用，对2座采用此类桥墩的两跨高架桥缩尺模型（相似比为1：6.7）进行了强地震动输入下的破坏性振动台试验，研究无偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩和有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩的破坏机理和地震响应。研究发现无偏心桥墩在墩底附近产生了均匀的钢管局部屈曲变形和明显的水平裂缝，而有偏心桥墩并没有产生水平裂缝，所以无偏心桥墩的纵桥向墩顶位移远大于有偏心桥墩。同时，受横桥向恒载偏心的影响，有偏心桥墩的墩顶横桥向位移和墩底局部屈曲变形主要集中在靠近中轴线的一侧，塑性发展区域也大于无偏心桥墩，这使得其墩顶横桥向最大位移大于无偏心桥墩。不过，由于有偏心桥墩并未发生开裂，所以其横桥向残余位移与无偏心桥墩相差不大，均在3 cm左右，验证了有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩若经过合理的截面设计，其抗震性能也能满足既定的要求。此外，恒载偏心使得有偏心桥墩在横桥向两侧所耗散的能量不相等，可能会导致其横桥向两侧的累积塑性变形存在差异，不利于其优越的抗震性能和耗能能力的充分发挥。因此在设计有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩时，需要合理选取混凝土充填高度和径厚比等结构参数，减少恒载偏心对其抗震性能的不利影响。     

弯曲损伤混凝土桥墩抗震性能分析

在役桥梁的混凝土桥墩往往存在着一定程度的初始损伤.以有初始弯曲损伤的混凝土中高桥墩为研究对象,根据数值分析,研究不同初始弯曲损伤程度混凝土桥墩的抗震力学性能.分析结果显示,初始损伤会降低桥墩的自振周期,减小地震侧向力,增加桥墩墩顶位移和墩底的曲率.初始损伤对钢筋应变响应的增加较为显著,可以作为损伤桥墩抗震力学性能的控制指标.由于地震力减小而位移增加,初始损伤对耗能能力的影响不确定,在较小损伤的情况下增加耗能总量,而在0.3损伤的情况下耗能减小.     

某城际铁路混凝土桥墩火灾后检测评估与处治北大核心

某城际铁路高架桥一圆端形混凝土桥墩发生火灾,桥墩过火时间约12 min。为了解火灾对桥墩的影响并指导后续维修处治,对火灾现场进行调查,并对混凝土抗压强度、碳化深度、内部缺陷,以及钢筋保护层厚度和墩身垂直度进行专项检测;基于检测结果与温度场分析对材料性能与几何参数进行折减,采用有限元法分析桥墩承载能力;根据桥墩火灾后评估结果,对桥墩进行外包混凝土加固处治。结果表明:火灾仅造成墩身过火区域混凝土剥落,最大剥落深度4 cm;过火区域和未过火区域混凝土抗压强度未出现明显差异,碳化深度较小,混凝土弹性波速度变化不大,内部整体较为均匀;火灾高温最大影响深度55 mm,对钢筋的力学性能影响不大;墩身垂直度满足规范要求;墩身混凝土剥落区受火最高温度为500~700℃,未剥落区混凝土受火最高温度低于300℃;火灾后墩身混凝土压应力变化不大,墩顶纵向水平线刚度略有降低,墩顶水平位移有所增大,但均满足规范限值要求;该桥处治后,运营至今使用正常,处治效果良好。     

高墩隔震连续梁桥地震模拟振动台试验

为了研究高墩隔震连续梁桥的抗震及减震性能,以某实际跨海高墩连续梁桥为试验研究对象,设计制作与原模型同材料1∶10的试验模型,分别采用铅芯橡胶隔震支座、高阻尼橡胶隔震支座和摩擦摆隔震支座3种减震方式,进行高墩隔震连续梁桥的地震模拟振动台试验,设计了拼接式桥墩拼接处剪力测试方法,研究了该实际跨海大桥所在场地120年一遇、600年一遇、1 200年和2 400年一遇地震的地震波输入时,不同隔震方式对桥墩墩顶加速度、桥面加速度、桥墩墩顶剪力、桥墩拼接处剪力、墩底混凝土应变、墩底钢筋应变的影响。试验结果表明:只要隔震支座参数设计合理,3种减震方式均能有效减小桥梁的动力响应,隔震后在2 400年一遇地震时整个桥墩处于弹性状态;摩擦摆隔震支座屈服前刚度最大,需根据地震波输入强度合理设计屈服力才能起到减震作用;设计的拼接式桥墩拼接处剪力测试方法可有效测试拼接处的剪力,为拼接处拼接件的设计提供了设计依据。     

新型铁路桥墩的抗震性能研究

针对铁路桥梁摇摆隔震桥墩整体侧向刚度较低的问题,提出在桥墩与承台分离处设置无粘结预应力筋,形成新型桥墩。以某单线铁路桥为例,针对其18号墩提出新型桥墩设计方案,考虑预应力钢筋及其初始预加力损失,基于OpenSees平台建立有限元模型进行地震反应分析,研究其抗震性能。结果表明:罕遇地震作用下,墩顶水平位移、竖向提离位移、墩底弯矩、摇摆反应及预加力损失明显大于设计地震作用下的相应值,但墩底弯矩的增幅小于墩顶水平位移的增幅;输入地震动强度及频谱特性对墩顶位移与墩底提离位移的影响较大,对墩底弯矩的影响相对较小;新型桥墩容易实现罕遇地震作用下不坏的抗震设防要求,具有较好的抗震性能。     

初始损伤及加固对混凝土桥墩静动力性能的影响

基于5个模型试件,通过侧推产生初始损伤,然后粘钢进行加固,研究了初始损伤程度及加固对混凝土桥墩强轴和弱轴方向静动力性能的影响.试验结果显示初始损伤主要分布在墩底一定高度区域内,随着初始损伤程度的增大墩底混凝土主裂缝宽度和钢筋应变快速增大.初始损伤对桥墩抗弯刚度的影响显著,0.5损伤程度下弱轴方向刚度仅有初始刚度的9％;而加固后抗弯刚度得到明显增强,且损伤越重增强的幅度越大.初始损伤也会造成桥墩自振频率的降低,加固后有所提高,加固钢板用量越大桥墩自振频率的增加越明显.     

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。     

单振型反应谱法修正方法的桥墩质量换算系数研究

在减隔震桥梁计算中,采用单振型反应谱法修正方法计算时,结构位移和墩底剪力的计算精度较高,但桥墩间添加横系梁后,结构横桥向墩底剪力的计算精度有所降低。为进一步完善单振型反应谱法修正方法,减小横桥向第2阶振型下的桥墩换算质量的计算误差,对桥墩质量换算系数的双折线法、直接积分法、系数法进行对比研究。结果表明,根据文中给出的最佳桥墩质量换算系数值,运用系数法计算时,结构顺、横桥向的第2阶周期、支座位移、盖梁顶位移的计算精度较高,横桥向第2阶振型下的桥墩换算质量的计算误差进一步减小,墩底剪力的计算精度有所提高,单振型反应谱法修正方法更加简便。     

梁桥桥墩纵桥向计算长度系数研究

采用静力法建立墩底固结墩顶具有弹性约束的桥墩弯矩平衡微分方程,引入边界条件,得到在竖向临界荷载下桥墩的稳定方程为关于桥墩计算长度系数μ、墩顶纵向约束刚度与桥墩抗推刚度比m、墩顶扭转约束刚度与桥墩线刚度比n的超越方程。编制计算程序求得不同刚度比下桥墩计算长度系数的数值解,制成可供设计使用的计算表格并拟合了简化计算公式。计算结果表明:梁桥设置支座时,桥墩的计算长度系数为1.4～1.9;采用固结墩可以显著降低桥墩的计算长度系数,其最小值接近于1.0。     

高速公路改扩建上跨铁路非对称转体桥梁设计

滨莱高速公路改扩建工程上跨铁路立交桥为(50+85+50)m连续梁桥,主梁采用单箱三室变截面箱梁,受现场条件限制,采用非对称转体施工,转体时两侧转体悬臂长度相差9m.主墩采用变截面实体墩,边墩采用柱式桥墩,基础采用群桩基础.在主墩墩底设转体系统,通过对转体桥梁下部结构分析,确定施工过程中容许不平衡弯矩为5.18×104...     

盖梁托换技术在高速公路桥梁改造中的应用

在工程中应用桥墩盖梁托换技术,可以解决新建项目下穿既有结构物存在的约束条件。新旧桥墩或盖梁设计、施工和监控需紧密配合,从新建盖梁预应力张拉、旧墩柱切割、施工监控数据的采集,均需保证新盖梁外包旧盖梁的安全可靠。凤凰山隧道工程起点立交匝道下穿广河高速公路,需切除广河高速公路右幅高架桥82#墩,并新建大跨门架墩替换既有82#桥墩。介绍了新建大跨门架墩的结构有限元分析、施工过程,切除原广河高速公路82#墩的墩柱并完成由四柱桥墩受力体系改变为双柱桥墩受力体系的转换和监测。     

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。     

桥墩刚度对桥梁地震响应的影响分析

通过midas有限元分析软件建立桥梁地震响应模型,系统研究桥墩直径、高度和配筋率等桥墩刚度控制因素对桥梁地震响应的影响。结果表明,增大桥墩直径可降低墩顶位移和提高桥墩承载能力,但同时会造成墩底内力增大。桥墩高度在某一临界值范围内时,墩顶顺桥向位移主要受桥墩自身刚度控制;超过这一临界值时,则变为主要受主梁和支座的约束作用。提高桥墩纵向钢筋配筋率可有效提高桥墩抗震承载能力,同时对桥墩内力影响较小,可提高桥墩抗震工作性能。