泥石流冲击作用下桥墩动力响应研究

针对桥墩在泥石流作用下的动力冲击问题,该文基于SPH-FEM耦合的数值方法,研究块石-浆体-桥墩之间的动态作用。分析含大块石泥石流冲击桥墩的全过程、冲击力时程、关键点位移时程、桥墩破坏情况等动力学行为。并将桥墩的冲击破坏机理与工程经验相结合,分析桥墩外包钢板和桥墩外包缓冲层+钢板两种优化措施对桥墩的防护效果。研究表明:大块石对桥墩的冲击作用容易对桥墩受冲击处造成局部破坏,且墩顶位移较大;在对桥墩进行外包钢板加固后,墩顶位移有很大程度的降低,桥墩所受的冲击力较未加固时有所增加,综合考虑,钢板厚度为10 mm时防护效果较好;对桥墩进行泡沫铝和钢板加固后,墩顶位移下降,并且桥墩所受冲击力也较未加固时有所降低,从桥墩所受冲击力的降低效果和桥墩塑性变形等方面综合考虑,外包缓冲层+钢板桥墩防撞性能最优,综合考虑,泡沫铝厚度为20 cm时防护效果较好。采用SPH-FEM耦合数值方法对桥墩受含大块石泥石流冲击的动力响应有很好的模拟效果。     

桥墩形状对河道水流绕流特征的影响研究

建立圆形、圆端形、矩形和尖端形桥墩绕流数值计算模型，获得了不同桥墩形状绕流流线、涡量与压力分布规律，分析了桥墩形状对绕流横向流速的影响。结果表明：圆形、矩形和尖端形桥墩绕流形成了卡门涡街，桥墩后侧周期性地脱落涡体，且绕流横向速度呈周期性正负交替分布；矩形桥墩绕流流线弯曲程度、涡体尺寸、高压-低压区域面积等最大，横向流速变化复杂且峰值最高(0.269 m/s);圆端形桥墩绕流流动规律简单，流线弯曲度小，无明显涡体脱落，且横向脉动流速小。数值模拟结果综合表明，圆端形桥墩排导能力最好，对船舶行驶影响最小，而矩形桥墩影响最大。     

重力式桥墩在泥石流冲击作用下的响应分析

为研究重力式桥墩在泥石流冲击作用下的安全性,以某既有铁路重力式桥墩结构作为研究对象,采用ANSYS+CFX建立了泥石流冲击桥墩的流固耦合分析模型,分析桥墩在不同参数的泥石流冲击作用下的响应情况,同时采用LS-DYNA软件分析泥石流中大块石对桥墩的冲击力,进而对桥墩的安全性进行评估。结果表明:随着速度、容重和黏度的增加,泥石流冲击力也随之增加;泥石流中大块石对桥墩的冲击力较大,分析中不可忽略;桥墩在泥石流冲击、大块石冲击以及横向风荷载作用下,桥墩的横向偏心距、抗倾覆稳定性、抗滑稳定性、基底应力均难以满足规范要求。因此,应加强对可能遭遇泥石流灾害的重力式桥墩的监测和分析,采取有效措施以确保泥石流冲击作用下结构安全可靠。     

高墩连续刚构桥不同影响因素的地震响应分析

以某连续刚构桥为背景,建立了考虑主梁-桥墩-桩基-土层的有限元模型,分析了地震荷载作用下桥墩高度、桥墩截面、双肢薄壁墩间距等影响因素对桥梁典型截面内力及变形的影响。结果表明:在桥墩高度为60~65 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;桥墩高度的增加增大了梁体脱落的风险,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139.1,97.5 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,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。     

闽江特大桥高墩大跨刚构连续桥设计

闽江特大桥主桥孔跨采用(118+216+138+83)m预应力混凝土刚构连续梁。预应力刚构连续梁主梁采用单箱单室箱形截面。主墩采用圆端形空心桥墩和双柱式矩形薄壁墩,基础采用钻孔桩基础。采用有限元分析软件对主桥的平面静力特性,抗震性能、车桥动力响应等进行分析。计算结果表明:桥梁设计各项指标均能满足规范要求,桥梁具有良好的动力特性及列车走行性,列车行车安全性及舒适性均满足要求。     

常泰长江大桥主航道桥桥塔基础选型研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m公铁合建斜拉桥,桥塔基础采用沉井方案。为降低沉井自重和减少桥墩局部冲刷,采用理论分析、数值模拟与水槽冲刷试验相结合的方式对沉井基础型式进行研究。结果表明:在圆端形、梭形及矩形3种截面型式的沉井中,圆端形截面沉井的水流阻力系数最小;台阶型沉井相比传统沉井可以削弱墩前向下旋辊及减小墩侧高流速区的范围;台阶型沉井台阶宽9.0~10.0 m、台阶顶埋深位于0.6 H(H为沉井周边水深)处、挡墙高度为0.15 H时,可以起到较好的减冲刷防护效果。根据研究结果最终确定该桥采用圆端形截面台阶型沉井基础,其底面尺寸为95.0 m×57.8 m(横桥向×顺桥向),圆端半径28.9 m,台阶宽9.0 m,埋置在床面以下0.6 H处,台阶顶构造采用直角挡墙方案(挡墙高约4 m)。     

基于流固耦合理论的山洪泥石流浆体作用下双柱墩的动力响应分析

山洪泥石流冲击双柱墩是一个复杂的过程,本文选用Bingham流体模型作为山洪泥石流浆体的本构模型,首先在三维湍流k-ε模型的基础上,考虑山洪泥石流特点,应用CFX对某地发生的山洪泥石流浆体进行数值模拟;然后通过ANSYS建立了山洪泥石流浆体与双柱墩的流固耦合模型,实现了山洪泥石流浆体冲击双柱墩的全程模拟,从而对双柱墩在不同参数的山洪泥石流浆体冲击作用下的响应情况进行了分析。结果表明:山洪泥石流浆体的密度、流速、冲刷水头高度对双柱墩的冲击力影响极大,又揭示了流固耦合效应导致了墩底的冲压坑洞,还证明了基于动量守恒的流体动压力法可近似计算山洪泥石流浆体冲击双柱墩时的冲击力,可为类似防灾工程提供参考。     

圆形截面双柱式桥墩与矩形截面Y形桥墩应用分析

随着高速公路建设的迅猛发展,尤其是高速公路进入山区建设以来,公路桥梁占部分路段长度的60％以上,因此,桥梁耐久性、建设成本以及施工工艺要求等综合因素,往往是制约工程建设进度与质量的重要环节.结合云南30m跨径的预应力混凝土T形连续梁桥近期较常采用的圆形截面双柱式桥墩和矩形截面Y形桥墩在不同地形环境、不同墩高情况下的应用,从工程、技术和经济等角度进行综合分析、比较,以期确定更加合理的桥梁布设方案,提高桥梁建设速度和桥梁建设质量,同时降低造价.     

车辆撞击下UHPC桥墩抗冲击性能研究北大核心

为了解UHPC桥墩在车辆撞击作用下的抗冲击性能,采用Abaqus软件建立车辆撞击桥墩的精细化有限元模型,分析UHPC桥墩在不同车辆撞击速度下的冲击力、位移以及桥墩刚度退化情况,并与普通混凝土桥墩进行对比,同时对UHPC抗压强度、UHPC桥墩截面形式、UHPC保护层厚度对桥墩抗冲击性能的影响进行研究。结果表明:在同一车辆撞击速度(60~120 km/h)下,UHPC桥墩比普通混凝土桥墩所受冲击力大180%~250%,墩顶位移是普通混凝土桥墩的39%~49%,UHPC桥墩具备更好的抗冲击性能;UHPC抗压强度对桥墩的抗冲击性能影响较大,UHPC抗压强度越高,桥墩抗冲击性能越好;UHPC桥墩截面形式对桥墩抗冲击性能有显著影响,与矩形和方形截面相比,UHPC圆形截面桥墩的抗冲击性能更好;UHPC保护层厚度对桥墩抗冲击性能影响不大,其抗冲击性能随保护层厚度的增加而略有提升。     

单柱墩拟静力试验仿真计算案例

在地震荷载作用下,钢筋混凝土桥墩是最易破坏的桥梁构件,如何较可靠地模拟钢筋混凝土桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁结构抗震研究的重要内容。以呈弯曲破坏形态的钢筋混凝土桥墩的拟静力试验结果为依据,基于OpenSees中的Beamwith Hinges Element单元,分别建立了圆形墩和矩形墩的滞回分析纤维单元模型。由计算结果与试验结果对比可知,所建立的纤维单元模型对桥墩的骨架曲线及滞回曲线都有良好的模拟效果,且能体现桥墩在反复加载过程中刚度、强度退化现象。     

变截面圆端空心桥墩抗震性能目标及性能水准量化

基于结构性能的抗震设计理论已经被多个国家接受并列入规范中,这些规范对结构的抗震性能目标做出了定义及要求,但对其性能水准的量化尚处于研究阶段。多数研究针对实心墩或等截面桥墩,根据不同延性类别(位移延性、位移角延性及曲率延性等)提出不同的性能水准量化指标,但考虑因素较为单一(性能指标的表达式无法兼顾多种构件设计参数),对变截面圆端空心墩的适用性还有待验证。鉴于变截面圆端空心墩特殊的力学性能(由于墩底存在实心与空心过渡倒角段,导致其墩身曲率分布情况与常见规则桥墩不同,塑性铰的位置和长度可能发生变化,且结构偏柔,一阶振型质量参数系数较低等),基于OpenSees有限元软件,结合材料本构关系及构件承载力-位移曲线,针对该种结构提出了明确的性能水准的定义,并以自定义漂移率(可兼顾构件的位移、曲率、高度、剪跨比)作为性能指标。考虑多种常见桥墩设计参数及其变化范围,通过大量数值模拟结果的回归统计分析,给出该种桥墩在不同设计参数下不同性能水准的相关量化值,并以圆端空心墩拟静力试验结果进行对比分析验证。结果表明,提出的漂移率作为性能指标及其量化值具有一定的可靠性,可作为类似结构研究与计算的参考。     

钢筋混凝土桥墩延性影响因素理论研究

为研究结构设计参数对钢筋混凝土桥墩延性的影响,对矩形和圆形钢筋混凝土桥墩的全过程弯矩～曲率曲线进行分析,从理论上研究轴压比、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度等参数对桥墩延性的影响,并对2种截面桥墩的延性性能进行比较。分析结果表明:不管矩形还是圆形截面桥墩,其延性总是随轴压比增加而降低;整体增加纵向钢筋率对桥墩延性略有不利影响;保护层厚度对桥墩延性影响相对较小;相同轴压比下,桥墩延性随混凝土强度提高而降低,相同轴力下,桥墩延性随混凝土强度提高而提高;矩形墩的延性性能优于圆形墩。     

腐蚀环境对钢筋混凝土桥墩的抗震性能影响分析

针对沿海地区桥梁桥墩在高氯环境下的腐蚀问题,采用Open Sees软件构建氯腐蚀环境下桥梁材料退化模型,通过模拟3种典型工况下的桥墩地震反应特征,获得腐蚀环境下桥墩柱的抗震性能,研究结果表明:考虑材料退化后,随桥梁服役时间延长,最大墩顶位移不断增大。仅箍筋腐蚀环境下,桥墩截面抗弯能力略有下降,延性显著降低,最大墩底截面的弯矩和延性系数变化较小;仅纵筋腐蚀环境下,桥墩截面抗弯能力和延性表现出较大差异,抗弯能力降低的同时延性略增加;同时考虑纵筋、箍筋腐蚀环境时的桥墩截面抗弯能力降低,延性下降,桥墩整体结构的抗震能力降幅最大。     

将金山特大桥高墩大跨连续梁桥设计

将金山特大桥主桥由一跨32m预应力混凝土T梁桥和(60.75+4×100+60.75)m预应力连续梁桥组成。预应力连续梁桥主梁采用单箱单室直腹板变截面箱形梁,设置三向预应力体系。采用恒载与1/2活载所产生的挠度之和对主梁反向设置预拱度。在各活动支座处设顺桥向水平预偏值。采用圆端形桥墩,1号墩为实体墩,2～6号墩为空心墩,均采用群桩基础。采用BSAS V3.76软件对主梁进行平面静力分析,采用桥梁博士软件分析箱梁截面横向受力并对3种车型通过桥梁时的车桥系统空间动力响应进行计算。计算结果表明:桥梁设计均满足规范要求,桥梁具有良好的动力特性及列车走行性,列车通过桥梁时的安全性和乘坐舒适性均满足要求。     

洪水对桥墩的瞬间冲击效应

为研究洪水对桥墩的瞬间冲击效应大小与规律,采用数值仿真软件ANSYS-CFX(在ANSYS Workbench平台上,采用瞬态结构模块ANSYS和流体分析模块CFX,并将2个模块进行关联)对洪水冲击不同截面形式桥墩过程进行了流固耦合瞬态模拟,首先明确了冲击放大系数和冲击效应系数的概念,并定义了冲击效应系数的表达式,然后分析了瞬间冲击效应以及流固耦合效应与洪水行近流速、水量高度之间的关系,揭示了瞬间冲击响应较大的原因,最后将冲击之后的绕流压力与规范计算值进行了对比。分析表明:(1)冲击放大系数随着水量高度的增加而增大,增加的速率随着水量高度的增大而减小,通过比较,圆形墩的冲击放大系数最大,方形墩次之,矩形墩最小;(2)瞬间冲击效应随着洪水行近流速和水量高度的增大而增大,在水量高度较高大时(0.75H),瞬间冲击效应不容忽视,在相等的水量高度下,冲击效应随流速增大呈非线性增加的趋势,相比之下,圆形截面墩冲击效应最显著,冲击放大系数为1.67~2.62。综合考虑瞬间冲击效应和流固耦合效应,建议铁路桥梁规范对水流力取值适当乘以一个放大系数。     

高墩大跨连续刚构桥施工控制分析

龙潭河特大桥采用连续刚构体系,其桥墩最高达178 m。为了分析桥墩及桩基础对桥梁结构的受力影响,建立考虑桩基作用及墩底固结两个不同的计算模型,计算和比较了箱梁施工预拱度及温度荷载作用下的结构控制截面的弯矩。     

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。     

V形桥墩张角对连续刚构—系杆拱组合桥受力性能影响研究

V形墩连续刚构—系杆拱是一种新型组合体系桥梁,其受力性能较单一体系桥梁更加复杂.就该类桥型V形墩张角对桥梁力学性能的影响进行研究,结果表明,增大V形墩张角提高了桥梁竖弯和侧弯模态的一阶基频,降低了桥梁施工过程中多次调索引发的控制截面内力变化幅值,但导致了部分控制截面成桥状态的内力幅值增大.对于温度效应,桥墩底部的水平反力和弯矩随张角增大其二者的变化幅值几乎可以忽略,而其他控制截面的内力却显著减小.     

大跨度矮塔斜拉桥动力特性研究

通过对常山矮塔斜拉桥进行有限元结构分析,计算出该桥自振特性并进行分析研究;同时通过修改主梁、主塔及主墩的连接方式来模拟不同结构体系矮塔斜拉桥,并对三种不同结构体系矮塔斜拉桥的动力特性对比分析;对地震作用下内力最大的4号桥墩底截面,采用加州大学伯克利分校开发的UC-Fyber桥梁抗震屈曲分析专用软件对其屈曲承载力进行了验算。     

山区高墩大跨径连续刚构桥梁抗震研究

高烈度地震山区高墩大跨径连续刚构桥梁具有桥墩高度大、跨径大、相邻桥墩高度差异大、上部结构质量大、地震力大的特点,抗震设计在桥梁设计中起决定性作用。为了提高桥梁抗震性能,从桥墩型式、桥墩刚度匹配、耗能减震等方面进行了研究,提出了几点技术措施:(1)主墩采用内灌外包钢管混凝土格构柱+钢筋混凝土肋板组成的空心薄壁墩,减轻下部结构质量,降低了桥墩刚度,减小桥墩地震力;(2)优化高、低墩截面尺寸,使桥墩刚度、强度与所受地震力相匹配,并减小地震作用下桥梁位移;(3)在梁端设置粘滞阻尼器,减小纵桥向地震力和位移。