铁路大跨长联连续梁桥地震反应特征分析

为研究铁路大跨长联连续梁桥的地震反应特性,选取一座布置跨径为(50+8×100+50) m的铁路连续梁桥为工程背景,采用Midas Civil软件建立动力分析模型,开展罕遇地震下的非线性时程分析,以墩底内力、墩梁相对位移和墩顶位移作为分析指标,揭示该类桥梁的地震反应特征.研究结果表明传统抗震体系铁路大跨长联连续梁桥地震反应有以下特征:固定与活动墩间的地震力分配较为极端;上部结构质量大造成固定墩纵向弯曲振动显著,使活动墩墩梁之间存在着较大的相对位移,与全桥采用减隔震支座时墩梁相对位移相当;大跨长联对应长周期及重力式桥墩刚度大周期小的耦合作用决定了铁路大跨长联连续梁桥独有的地震反应特征.建议铁路大跨长联连续梁桥在减隔震设计中充分考虑位移型阻尼器的使用.     

膨胀土的二维膨胀各向异性试验研究

为给膨胀土地区结构物设计计算提供关键参数，研制了二维膨胀仪，选取广西百色中膨胀土和湖北枝江弱膨胀土，制备不同干密度状态的试样，分别开展了恒体积膨胀力、单向膨胀和二维膨胀试验，分析和表征了竖向和侧向膨胀的规律，并比较了两向膨胀的差异性；通过扫描电镜观察，分析了产生膨胀各向异性的原因。结果表明：恒体积条件下最终侧向与竖向膨胀力之比，以及单向膨胀条件下最终侧向与竖向膨胀率的比值，均会随压实度发生变化，干密度越大两向膨胀力(或膨胀率)的差异性越大；两向膨胀力随膨胀应变的变化均表现出前期快速衰减、后期缓慢衰减的趋势，可用幂函数表征，但拟合参数不同；在二维膨胀条件下，竖向膨胀会影响侧向膨胀，不同程度竖向膨胀后的侧向膨胀规律同样可用幂函数表征，拟合结果表明竖向膨胀会改变拟合参数导致曲线形态的改变，继而影响侧向膨胀力随侧向应变的衰减幅度。干密度增大致使黏土矿物片状颗粒整体更趋向于水平定向排列，这是造成膨胀各向异性的主要原因。膨胀过程中土颗粒的重分布会导致各向异性不断变化，故难以通过竖向膨胀力预测侧向膨胀力，在进行相关计算时建议实测侧向膨胀规律。     

膨胀土侧向膨胀力及其对重力式挡墙的作用

为研究不同上覆荷载作用下的膨胀土侧向膨胀力及其对重力式挡墙稳定性的影响,在常规固结仪基础上,设计了一种侧向膨胀力试验装置和方法,揭示广西百色膨胀土侧向膨胀力随上覆荷载的变化规律;通过湿热气候长期作用下膨胀土路堤含水率变化的数值模拟,并结合侧向膨胀力试验结果,获得了路堤重力式挡墙静止时墙背侧向膨胀力随时间和深度的变化规律;根据试验间接得到的侧向膨胀力与侧向膨胀率的关系,分析了侧向膨胀力随墙后土体侧向膨胀量的变化及其对挡墙稳定性的影响。研究结果表明:在侧限和无荷条件下膨胀土浸水后仍会产生一定侧向膨胀力;上覆荷载在0~50kPa,侧向膨胀力随其增大而显著增大,且大于相应上覆荷载;上覆荷载大于100kPa后,侧向膨胀力增幅变小并趋于稳定;上覆荷载增至恒体积竖向膨胀力时,侧向膨胀力达到最大;湿热气候长期作用下,膨胀土路堤挡墙墙后土体含水率逐年增加,静止挡墙墙背侧向膨胀力的合力逐渐增大,作用点下移;第5年含水率变化趋于稳定,侧向膨胀力沿墙背分布近似为抛物线规律,其合力为静止土压力的3倍,作用点位于墙背中部;在侧向膨胀力的作用下挡墙会被水平推移2.0cm;若容许墙后膨胀土发生2.6cm的侧向膨胀,可极大减小侧向膨胀力,使挡墙满足规范对其抗滑和抗倾覆稳定系数的要求。     

矮塔斜拉桥分丝管索鞍区受力特征研究

为研究矮塔斜拉桥分丝管索鞍区混凝土应力的分布规律及其极限荷载,以京沪高铁津沪联络线特大桥主桥(主跨115m的三塔双索面矮塔斜拉桥)为背景,针对其索塔锚固区进行足尺节段模型试验,采用ANSYS软件建立索塔锚固区节段有限元模型,分析索塔锚固区混凝土的应力分布、极限荷载及易开裂区域。结果表明:索塔锚固区分丝管索鞍下方混凝土的横向劈裂应力、竖向压应力沿纵向、横向分布规律相似,均从桥塔中心线向两侧逐渐减小,呈抛物线形分布;索鞍下方混凝土应力分布比较均匀,结构处于弹性状态,受力满足要求;索塔锚固区的极限荷载为设计索力的1.56倍,有一定安全储备;索鞍下方混凝土易被拉裂,建议设计时适当加密该区域钢筋。     

膨胀土侧向膨胀力试验研究与应用

侧向膨胀力是膨胀土支挡结构设计计算中的关键参数。为揭示并表征膨胀变形影响下侧向膨胀力的变化规律，研制二维膨胀仪，提出侧向膨胀力试验方法，以广西百色压实膨胀土为对象，分别研究竖向膨胀和侧向膨胀影响下侧向膨胀力的变化规律，并建立相应的关系表达式。试验结果表明：恒体积浸水条件下，侧向膨胀力与竖向膨胀力之比为0.42；完全侧限条件下，侧向膨胀力会因竖向膨胀的增大而减小；竖向应力通过影响竖向膨胀变形从而间接影响侧向膨胀力；竖向膨胀相关的侧向膨胀力折减系数D_f随竖向应力比（竖向应力与竖向膨胀力之比）的变化可用幂函数表征。保持竖向膨胀不变条件下，侧向膨胀力会随侧向应变（侧向膨胀率）的增大而减小；侧向膨胀力越大，最终侧向应变越大；侧向膨胀相关的侧向膨胀力折减系数R随侧向应变比（侧向应变与最终侧向应变之比）的变化亦可用幂函数表征。以浸水条件下大型膨胀土挡墙为例，应用该试验成果分别计算挡墙静止和被推移时的侧向膨胀力沿深度的分布，实测结果验证了计算结果的合理性。提出的侧向膨胀力试验方法和表征公式简单实用，可提高膨胀土支挡结构设计计算中关键参数取值的准确性。     

非规则铁路连续梁桥抗震体系优化

从非规则铁路连续梁桥各桥墩协同抗震的角度,引入墩底摇摆隔震及支座减隔震,以1座(60+100+60)m连续梁桥为例,建立全桥动力分析模型进行地震反应分析,研究具有中等高度(20~30m)实心桥墩的非规则铁路连续梁桥采用摇摆隔震的适用性,以及全桥采用支座减隔震时的桥墩优化配筋准则。结果表明:采用摇摆隔震时,摇摆墩墩底恒载轴力大,提离位移敏感性高,地震作用下墩顶位移可控制在较小的范围且提离后墩底弯矩变化稳定,易随其余各墩协同抗震,经抗震性能验算确定摇摆墩配筋率为0.6%;采用支座减隔震时,桥墩本身地震反应贡献率最高可达71%,桥墩惯性力主控墩底内力,以地震作用下各墩同步保持弹性为原则,优化后各墩配筋率依次为0.7%,0.3%,0.5%和0.7%。以上2种优化均可使非规则铁路连续梁桥达到"大震不坏"的设防水平。     

红层软岩钢管微型桩抗压承载特性试验

为揭示红层软岩钢管微型桩抗压承载特性,为红层软岩地基加固设计提供参考,选取湖南衡阳强风化粉砂质红层软岩地基,开展了不同长度注浆钢管微型桩原位抗压静载试验,分析了桩体沉降、桩身轴力和桩侧摩阻力的分布规律,并与规范计算值进行了比较。在修正微型桩荷载传递函数的基础上,提出了考虑桩顶位移的微型桩抗压承载力预测方法,并通过原位试验结果进行了验证。研究结果表明：钢管微型桩轴力主要分布在桩身中上部,桩侧摩阻力沿桩身呈“三角形”分布;随桩长的增加,抗压承载力非线性增加,桩顶沉降量非线性减小;桩长越短,极限侧摩阻力峰值越大;相较于规范计算值,实测桩端阻力、全桩长范围极限摩阻力均值以及抗压承载力均偏小。采用该方法得到的抗压承载力预测值与原位实测值之间相关性较好,相对误差为0.6%~11.6%。对红层软岩地基进行钢管微型桩加固设计时,建议桩端阻力不计入抗压承载力,按纯摩擦桩进行设计,并对规范中的极限侧摩阻力推荐值折减。