车辆撞击桥墩近似分析方法及结构防护措施

车辆碰撞柔性桥墩往往产生严重后果,并可能控制设计.撞击过程一般很短暂,在仿真计算时必须考虑动力效应.墩柱的承载需求应考虑碰撞车辆、墩柱直接撞击区域刚度和撞击速度之间的相互作用.简化近似方法可仅限定与墩柱的响应有关,如果需要较为精确的计算,可采用有限元法进行.由比较分析得知刚性碰撞和柔性碰撞区别显著,且撞击质量的影响不大.为抵抗刚性碰撞作用,应考虑在柱子周围设置刚度较低的防护装置,可选择防护围栏或其他附加的防护结构.设计应考虑柱子自身防护或采用附加防护措施.     

横向偏心桥墩的设计探讨

城市高架桥作为现代交通体系中的重要一环,其桥墩布置不仅要考虑桥本身,还需兼顾桥下道路净空及整体景观需求.当高架桥中心线与桥下道路分隔带中心线不重合,或桥墩布设受河道、地铁、管线等限制时,采用横向偏心桥墩是一种有效的办法.凤凰山高架桥ZX49#墩采用双层桥墩,其上层为偏心距1.55 m的横向偏心墩.介绍凤凰山高架桥ZX49#上层偏心墩的构造及分析计算,探讨异形墩柱的等效截面计算方法,可为国内外类似结构的设计提供参考.     

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。     

山区桥梁墩柱长度系数计算方法研究

桥墩的计算长度问题是山区高速公路桥梁设计中的难题。文中以某在建的高速公路桥梁为工程实例,分析探讨桥墩长度系数的计算方法,并介绍目前常用的通过欧拉公式推导长度系数的计算方法,再建立有限元模型进行结构屈曲分析,得到桥墩的计算长度系数。分析比较2种方法可知,结构有限元屈曲分析法能够更准确地考虑桥墩的边界条件及横向联系作用,计算精度更高。     

单轴对称截面桥墩弹塑性地震响应研究

基于OpenSees软件，采用弹塑性纤维梁柱单元建立墩柱模型，考虑上部梁体重量、隔震支座及材料非线性的影响，采用IDA增量动力分析法对某单轴对称截面桥墩进行了结构弹塑性地震响应分析。计算结果表明，单轴对称截面的桥墩在单向地震作用下产生双向弯曲现象，在垂直于对称轴地震激励作用下，桥墩的双弯曲系数随着PGA的增加后降低，当PGA达到某个值之后，双弯曲系数不再有过大的变化，对于指导该类桥梁设计具有一定的参考意义。     

柱式钢筋混凝土桥墩的弹塑性抗震简化计算

在强震作用下柱式钢筋混凝土桥墩会进入塑性状态,采用考虑有刚度退化的武田三线型模型(弯矩-曲率关系),对一典型的双柱式桥墩进行了弹塑性有限元抗震分析,通过引入等效塑性铰长度的概念将其简化为两自由度结构模型,采用考虑有刚度退化的武田三线型模型(力-位移关系)进行计算。研究结果表明,墩顶位移结果及滞回曲线形状均吻合较好,为柱式桥墩的弹塑性抗震计算提供了一种简单可靠的计算途径。     

山区受灾桥梁病害成因分析及加固技术研究

以山区某互通匝道桥为工程背景，研究存在固结墩的弯曲桥梁在山体滑坡作用下的病害问题，确定山体滑坡对桥梁破坏的机理，并提出有效的加固方案。结果表明，第三联桥梁结构绕5号桥墩发生了逆时针转动；3号、4号、6号桥墩的内侧墩柱顶部的横向位移更大，6号桥墩顶部横向位移为曲线内侧方向，3号、4号桥墩顶部横向位移为曲线外侧方向。结合现场检测及计算结果，对原墩柱施加强制位移量，反算边坡失稳后传递到各个墩柱上的推力大小和方向，将各个墩柱所受的推力进行矢量叠加，确定边坡失稳所产生的推力大小及方向，计算结果与实际破坏力基本一致。滑坡体上的桥梁结构破坏，一方面是由于连续降雨致使土体松动，不足抵抗下滑力；另一方面是由于新建桥梁时滑坡体稳定性较差，设置的抗滑桩不能有效地抑制滑坡体滑动。     

基于瑞利-李兹法的桥墩一类稳定解析与应用研究

经典欧拉公式研究出单杆在一般支撑下的临界轴力,但应用于桥墩一类稳定计算时存在难以考虑墩身自重和确定自由长度等问题;工程设计时常采用有限元软件计算结构稳定性,在确定桥墩构造时需多次试算,使用不便,且缺乏理论判断,设计结构未必最优。文章基于瑞利-李兹法解析理论,研究各类梁式桥墩受力体系,考虑墩身自重及墩顶反力,推导出墩柱稳定计算理论公式。对于复杂的双薄壁墩公式,研究各参数对计算结果的影响,得出实用的简化公式,也为双薄壁墩合理化设计提供理论依据。基于瑞利-李兹法推导的稳定计算公式拓展了经典欧拉公式,通过实例对比,进一步验证该公式计算精度高,使用方便,满足工程设计要求,对桥梁工程设计有较强的应用性。     

中小跨径桥梁装配式模块墩柱力学性能研究

G3京台高速方兴大道至马堰改扩建项目提出的一种装配式、模块化桥墩的概念,对其静力、稳定、正常使用等力学性能开展了理论分析、有限元计算与试验研究。研究结果表明:墩柱在制动力及轴力影响下产生一定的非线性效应,按照Nu-Mu曲线方法可对抗力进行检验;法兰盘在压弯作用下的应力强度满足规范要求;结构具有较高的稳定性,法兰盘对屈曲荷载系数影响较小;墩柱全截面受压,未产生拉应力,抗裂性满足要求,法兰盘不会产生脱空现象;采用足尺模型试验验证结构静力与稳定性能较好,符合计算假定。     

基于LS-DYNA的车-桥墩碰撞及可靠度研究

桥墩受到车辆碰撞后会产生不同程度的损伤,因此研究车-桥墩碰撞后的受力特性和可靠度具有很好的现实意义。首先以某连续梁桥为背景,建立了车-桥墩碰撞有限元模型,其中撞击车辆为常用卡车,材料为钢材,采用弹塑性本构关系。桥墩为双柱式墩,通过典型工况研究了桥墩遭受车辆撞击后墩柱体的剪应力、主应力等的发展规律和时间历程。然后采用一系列车-桥墩碰撞作用,拟合出车撞力计算公式,通过与其他文献及多国规范比较,表明了拟合公式的正确性。再将拟合公式代入模型,考虑某些参数为随机变量,分析了车辆与桥墩碰撞后的结构体系可靠度。结构体系由3个双柱式桥墩组成,其中任何一个双柱式墩破坏意味着整个结构破坏。双柱桥墩中两个墩柱视为串联体系,即一个墩柱失效则双柱墩失效。最后研究了各随机变量对单墩抗剪性能可靠性指标的敏感性。研究结果表明:桥墩在横桥向或顺桥向车撞力作用下均更容易发生剪切破坏,而桥墩墩底易发生弯曲破坏,墩底关键截面内力满足正态分布;混凝土强度对墩柱抗剪承载力可靠性指标的影响最大,在桥梁施工以及管理过程中需要重点关注结构混凝土强度变化。     

地震区桥梁墩柱垂直度超限的安全性评估

桥梁下部结构桥墩垂直度超限是在交工验收中常见的不符合项。超限导致的偏位对于墩柱而言其内力与设计状态有所不同,地震区域此影响进一步放大。本文针对某典型桥梁的墩柱偏位问题,采用将缺陷置于空间模型中的方式进行结构抗震验算,实现对桥墩偏位的安全性评价,其方法及相关结果可供类似工程参考。     

纵桥向水平力作用下侧陡地形柱式排架桥墩受力分析

精确分析侧陡地形下柱式排架桥墩在上部结构纵桥向水平力作用下的受力是一项较复杂的工作,针对连续T梁桥高低双柱式排架桥墩,结合其结构特点进行假定,进而近似推导其组合抗推刚度、水平力分配及墩柱弯矩的简易计算公式,并通过实例分析得出一定的规律,表明排架桥墩组合抗推刚度随着地面横坡增大而逐渐增大,地面横坡较大时,排架桥墩水平力分配应充分考虑其影响。     

无黏结预应力桥墩桥梁结构耐震时程分析

为了研究耐震时程法对于预应力钢管混凝土自复位桥墩桥梁地震响应捕捉的可行性,拓展其在结构领域的研究范围,进行了此方法在配有无黏结预应力桥墩桥梁的地震适用性分析。以一座采用预应力钢管混凝土桥墩的典型四跨连续梁为研究对象,在OpneSees软件中建立其三维有限元模型,并采用通过与增量动力分析(IDA)结果对比的方法,验证了ETM预测自复位桥梁地震响应的可行性;在可行性验证基础上,进一步采用耐震时程法分析了桥墩中引入预应力对自复位桥梁体系地震响应的影响。结果表明:耐震时程法可用于进行预应力自复位桥墩桥梁结构抗震性能评估,其能较好地预测出自复位桥梁结构的预应力大小和残余位移等地震响应。墩柱中的预应力对桥梁地震响应的影响与支座形式和地震动强度有关,对于上部结构,预应力能够减小主梁位移,但会增大固定支座的剪力;对于下部结构,顶部为滑动支座的墩柱受预应力影响较小,而顶部为固定支座的墩柱会因施加预应力而显著增大地震内力。因此,在进行此类桥梁抗震设计时,需综合考虑结构体系布置和桥址处地震基本烈度。     

三种规范对桥梁墩柱撞击力的比较

针对目前桥墩被船撞事故的频发,研究了某大桥水中桥墩在船撞作用下的响应,分别按照公路桥涵04规范、铁路规范、欧洲规范的要求采用不同的船舶撞击力,对各撞击力作用下桥梁墩柱结构进行计算、分析、比较。在3种规范对船舶撞击力的规定中,公路规范取值最小,铁路规范次之,欧洲规范最大,由此在桥墩防撞设计时应引起设计人员足够的重视。     

新型组合结构高墩的静力学分析方法

特大跨桥梁的塔柱以及超高桥梁的墩柱通常采用薄壁截面形式，以克服自重过大的问题。当薄壁墩柱遭遇强地震作用时，通过墩柱产生塑性铰来耗散地震能量，保护整体结构的安全性。但薄壁墩柱存在耗能能力有限、修复困难的缺陷，为便于概念设计，通过对该结构体系进行力学简化，使用连续连杆法对受力特征进行分析，建立了相应的力法方程并对其理论求解方法进行推导；根据位移等效原则，求解出顶部受集中力的悬臂墩等效惯性矩，便于计算顶部位移；提出了比例参数的概念，用于结构构件进行参数优化，可方便、有效地实现结构的力学性能设计；为验证连续连杆法、等效惯性矩计算方法的可靠性，进行了有限元数值分析。研究结果表明：解析解与试验结果及有限元分析结果吻合较好；提出的新型自耗能高墩兼具较大的耗能能力和可恢复性的优势；采用连续连杆法分析新型自耗能高墩结构体系的内力和位移是可行的。所得结果对新型自耗能高墩结构体系的设计具有指导性，利用等效惯性矩求解结构的顶点位移可以很好地满足设计精度要求。     

波浪力作用下环岛桥梁受力特性研究

以广东珠海横琴新区某预应力混凝土连续刚构桥梁为例,针对桥梁上部梁体和下部墩柱所受波浪力,比选研究了波浪力计算方法,分析各种方法的差异和优劣;结合桥梁博士计算软件对桥梁在波浪力作用下进行受力分析。研究结果表明:波浪力的作用使主梁桥墩处拉应力增加;考虑波浪力时桥墩压应力比不考虑时要大;将边墩与主梁的连接模式由固结改为铰支,能减小桥墩次内力,从而降低桥墩高度。     

不同墩柱形式的城市高架桥抗震性能研究

为研究不同墩柱形式对城市高架桥抗震性能的影响,选择合适的城市高架桥墩柱形式,依托3跨连续城市高架桥,采用SAP2000建立有限元模型,通过非线性时程分析结果对4种墩柱形式下城市高架桥的抗震性能进行分析。研究结果表明：城市高架桥双柱式桥墩设置盖梁和系梁会增大桥墩的横向刚度,使结构横向振动周期变小；桥墩设置盖梁和系梁会增大纵向地震作用下桥墩的受力；桥墩设置盖梁和系梁可以改变横向地震作用下桥墩的受力分布,使墩身弯矩变小,但会使剪力增大；盖梁和系梁的设置对摩擦摆支座和墩梁相对位移影响较小。研究成果可为同类型桥梁抗震设计提供参考。     

某桥梁墩柱环向裂缝成因分析与加固方案

桥梁墩柱的环向裂缝是比较常见的桥梁病害，结合某工程实际出现的类似问题，深入工地现场实地勘测，对裂缝的特征进行调查比对分析研究，借助有限元软件对该桥墩柱环向裂缝产生的原因进行模拟分析，进一步提出桥墩环向裂缝加固方案，为类似桥梁墩柱环向裂缝工程病害问题的防治和加固提供参考。     

桥梁影响线的有限元简化计算法

结构分析中可以采用一些有限元分析程度直接按所需工况计算内力，对于工况简单的某些静荷载结构这种方式尤为有利，但对于需要考虑动荷载的桥梁结构许多时候仍然需要朋和影响线来进行分析，本文采用了一种方法可以利用一般有限元分析的程序计算桥梁影响线。     

地基水平运动时高桥墩的动力屈曲仿真分析

将高桥墩简化为一端固支一端简支的受压杆,考虑大变形和混凝土的特殊本构关系,通过仿真分析得到在不同强度地震波下高桥墩从产生横向小幅振动到大幅振动直至失稳的全过程;得到了地震波冲击时高桥墩失稳的临界地震加速度和失稳时刻.通过算例的数值仿真分析比较了地震波幅值以及桥面质量大小对位移幅值响应曲线、临界地震加速度和失稳时刻的影响.所得结论对高桥墩的设计具有重要的指导意义.