上海地区重力式防汛墙抗震稳定性研究

在考虑水-土-结构的动力相互作用的基础上,采用粘弹塑性模型、弹性梁单元及带转动自由度的接触面单元分别模拟饱和软粘土、钢筋混凝土构件及土-结构间接触面的力学特性,建立了饱和软土地区防汛墙结构地震反应时程分析的计算模型及其求解方法,并利用建立的分析理论与方法,对上海地区典型的重力式防汛墙结构的抗震稳定性借助数值模拟进行了评估,计算结果表明,重力式防汛墙在地震作用下位移较大,并有整体失稳的危险。     

降雨作用下微承压边坡致滑机理与处治研究

常用的边坡稳定性评价方法中很少考虑坡体内地下水的承压及径流作用, 致使边坡滑移机理分析有偏差, 出现多次治理后仍反复滑移问题, 在边坡稳定性评价中考虑地下水的承压及径流作用, 为有效、 经济、 合理地滑坡治理方案提供重要依据。 以浙江省某高速公路高边坡的多次滑移和左幅桥台基础侧移问题研究为切入点, 通过现场深入调查、 钻探、 监测等综合方法, 总结了边坡滑移及桥台基础侧移工程地质问题, 分析了边坡微承压特征, 计算了边坡体内静水压力和动水压力, 研究了微承压条件下边坡滑移及桥台基础侧移的力学机理及临界条件, 提出了应急救援和永久治理方案。 研究结果表明: 地下水因排泄区的强风化层中夹大量黏性土而排泄不畅, 被大量封存在边坡体的强风化层中, 致使边坡具有微承压特征; 降雨条件下具有微承压特征的边坡发生滑移的临界条件为强风化层与中风化基岩面之间的综合平均临界摩擦角为 21°, 桥台基础发生侧移的临界条件为强风化层与中风化基岩面之间临界摩擦角为 24°; 经稳定性评价及长时间运营, 印证了应急救援和永久加固方案有效、 合理地处治边坡滑移及桥台基础侧移问题。     

曲线桥在地震作用下的面内转动机理分析

曲线桥梁在水平地震作用下,上部结构在两个主方向上的地震反应会产生耦合现象,该现象主要为梁端的横向位移和桥面板的面内转动;通过对简化的单跨曲线桥模型进行弹性时程分析,研究曲线桥在弦线方向的地震输入下的转动机理,并比较不同曲率半径下曲线桥的地震反应;讨论主梁-桥台相互作用对桥面板转动的影响,应用非线性时程分析计算不同曲率的...     

水平往复大位移作用下整体桥台后土压力计算方法

为研究强震和温度作用下,整体桥台产生的水平往复大位移对桥台与台后填土相互作用的影响,进行了整体桥台-H形钢桩-土相互作用拟静力试验,并基于试验结果研究了大位移作用下整体桥台后土压力的分布规律;根据台后土压力分布,提出了台后土压力合力作用点位置与加载位移之间的关系式,并在现有研究的基础上给出了改进的整体桥台后土压力计算方法。研究结果表明：正向加载(桥台挤压台后土)时,台后各处土压力随加载位移的增加先增大后减小;台背处和台后20%桥台高度处土压力受桥台位移的影响更大,沿深度方向呈梯形分布;台背处土压力分布中,由于台底H形钢桩的约束,最大土压力位于入土深度0.875 m处,台底位置的土压力则略有减小;台后60%桥台高度和1.4倍桥台高度处土压力受桥台位移影响较小,沿深度方向呈三角形分布;负向加载(桥台背离台后土)时,台后土压力沿深度方向呈三角形分布,且台后各处土压力与加载位移不相关,其值相对于正向加载时可忽略;水平往复大位移作用下,整体桥台后土会产生脱空现象,脱空范围超过桥台高度的37.5%;台后土压力沿纵桥向呈指数型衰减,且相比小位移作用下衰减得更快;台后土压力合力作用点位置随加载位移的增...     

重力式斜交U型高桥台加固的非线性有限元数值模拟研究

应用ANSYS软件,对斜交U型高桥台进行有限元数值模拟计算,得出斜交U型高桥台的原型、模型的应力和位移计算结果,建立了斜交U型桥台原型与模型应力及位移的关系模型。     

强震区桥台岸坡震动滑移破坏机理研究

针对汶川地震中大量桥梁岸坡出现滑移破坏现象,对地震作用下桥台岸坡滑移进行了理论研究.根据米塞斯流动法则,得到地震作用下桥台岸坡滑动面应变速度以及与滑动线夹角,据此得出作用于岸坡各外力做功和塑性流动消耗的能量,依据外力所做功与内部消耗能量相等的原则,最终推导出岸坡最大地震主动土压力及所对应滑动面倾角,将能量耗散理论与岸坡...     

地震荷载作用下钢筋混凝土柱的滑移变形

根据钢筋滑移的受力变形原理和Alsiwat-Saatcioglu模型假定推导出钢筋的显式表达式;基于转动弹簧模型和滑移截面模型,阐述了由滑移量-应力关系确定柱端弯矩-转角和构件的荷载-滑移变形关系的理论方法;开发了该方法相应的计算程序对上述两种模型的适用性进行了评定,结果表明采用滑移截面模型得到的钢筋混凝土柱构件荷载-滑移变形反应比转动弹簧模型更为准确.     

整体式桥台后土压力累积效应反分析

为了确定整体式桥台后土体在水平方向往复位移作用下的最终土压力，针对5组整体式桥台模型试验进行了有限差分数值模拟反分析；采用能够反映土体在小应变区间上高模量和高度非线性刚度特性的土体本构模型，考虑土体与桥台之间的界面特性，通过在桥台顶部施加水平位移，反分析模型试验中经过不同循环次数的台后土压力测量结果，获得了相应的土体小应变刚度参数，揭示每组试验中桥台后土体小应变刚度在往复加载过程中的演化规律；在此基础上，针对铰支座和扩展基础这2种不同的桥台底部约束条件，分别提出了估算整体式桥台后土体小应变刚度增大倍数的公式，进而提出了考虑桥台与土相互作用的整体式桥台后最终土压力的设计计算方法。研究结果表明:当桥台底部为铰支座时，往复加载前后土体小应变刚度增大倍数随桥台顶部相对位移的增大而增大，随桥台后砂土相对密度的增大而减少；当桥台底部为扩展基础时，土体小应变刚度增大倍数虽然也随桥台顶部相对位移的增大而增大，但增幅明显小于桥台底部为铰支座的工况，并且受桥台后砂土相对密度的影响不大；相比英国设计指南PD 6694-1，提出的公式能够考虑上述多个因素的影响，并能较好地预测出不同模型试验反分析得到的土体小应变刚度增大倍数，可为整体式桥台设计提供依据。      

基于CR列式的壳屈曲分析

为解决薄壁结构屈曲分析的非线性计算问题,针对壳单元大位移、小应变分析,提出了基于更新拉格朗日CR列式的计算方法.该方法采用更新拉格朗日列式建立壳单元在大位移下的平衡方程,利用能量原理得到单元刚度矩阵.求解过程中,采用极分解方法计算变形后单元的随动坐标和单元节点的刚体转动;引入有限转动理论,从总位移中扣除刚体位移,得到节点变形,进而采用小应变理论计算单元应力,得到当前荷载步下的单元状态.最后,通过编制的程序对2个薄壳结构受力后的屈曲行为进行了分析.算例表明,用基于CR列式的非线性分析方法求解壳失稳问题具有较高的效率和精度.     

地震作用下液化区桥台滑移破坏机理分析

桥台是整个桥梁结构不可缺少的构件之一。振动对液化区土体的影响较大,会降低土体的承载力,位于液化区桥台的最主要破坏形式就是滑移破坏。当桥台发生滑移时,会影响到桥梁的整体工作性能。从能量转化的角度,采用链式破坏的理念分析地震作用下桥台滑移破坏的机理。     

整体式斜交连续梁桥抗震性能

采用SAP2000软件建立了某整体式斜交连续梁桥的三维有限元模型,通过非线性时程分析,研究了整体式斜交连续梁桥在地震作用下的受力特性及抗震性能,并探究了跨数、斜交角、台后土密实度和墩高等主要结构及基础参数对该类桥梁地震响应的影响。研究结果表明:整体式斜交连续梁桥中震害变形主要集中于桥台桩,桩顶截面在峰值加速度为0.4g的地震作用下形成塑性铰时,墩顶支座无破坏,且桥墩几乎无损伤;桥台桩位移及纵桥向弯矩的最大值均位于桩顶,而横桥向弯矩最大值可能位于桩顶或桩身反向弯矩峰值处;随着跨数的增加,整体式斜交连续梁桥的地震响应尤其是墩顶支座剪切应变及桥面转角明显增大,当跨数由单跨增加到4跨时,地震响应均增加了1倍以上,墩顶支座剪切应变甚至增加近2倍;随着斜交角的增加,桩顶纵桥向位移、桩顶截面屈服面函数值及中跨转角明显增大,斜交角为60°时,桩顶纵桥向位移增加了3倍以上,斜交角为45°时,墩顶支座剪切应变最大;随着台后土密实度的增加,各构件纵桥向位移响应与墩顶支座的纵向剪切变形降低,桥台桩、桥墩纵桥向位移及墩顶支座纵向剪切变形分别减小了12.9%、9.3%和9.5%;随着墩高的增加,墩顶位移明显增加,而支座剪切应变明显降低,但桩顶位移及桩顶截面屈服面函数值几乎不变;当墩高从4 m增大到9 m时,墩顶漂移率增大了42.1%,墩顶支座剪切应变减小了57.5%。      

复杂地形条件下桥上CRTSⅡ型轨道系统地震响应

为了研究复杂地形对桥上CRTS Ⅱ型轨道系统地震响应的影响, 以沪昆高速铁路线16~32 m简支梁桥为例, 考虑钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板、滑动层、桥梁、固结机构、端刺与挡块等部件, 建立了多跨简支梁桥-双线CRTS Ⅱ型轨道系统非线性动力学仿真模型, 研究了桥上CRTS Ⅱ型轨道系统纵向力分布特征; 设置了4种典型地形工况, 分析了不同墩高条件下桥上CRTS Ⅱ型轨道系统地震响应规律。分析结果表明: 与非纵连轨道结构相比, 桥上CRTS Ⅱ型轨道结构最大钢轨应力相对较小, 约为138.8 MPa, 应力包络曲线呈反对称, 线形平滑; 轨道板和底座板共同承受纵向力, 其最大值均出现在桥台附近, 最大拉应力分别达到25.2、27.1 MPa, 将在地震中发生开裂; 在地震中, 端刺承受着巨大的纵向力, 可达14~20 MN; 底座板与桥面之间相对位移超过24 mm, 对系统有隔震耗能作用; 地形对钢轨、轨道板和底座板纵向力的影响约为30%左右, 对墩底剪力影响较大, 在地形发生突变处, 墩底剪力增幅达4倍; 靠近桥台处的滑动层横向变形较大, 可达2.7 mm, 随着墩高增大, 扣件与滑动层纵横竖变形增大; 在地震作用下, 滑动层普遍存在着较大的竖向变形, 桥台附近滑动层竖向变形可达43.5 mm; 在地震中, 挡块与底座板之间存在着频繁的碰撞现象, 桥台附近挡块碰撞力可达38 MPa, 挡块将发生损坏。      

考虑SSI的整体式钢桥抗震性能参数分析

利用SAP2000建立了某整体式钢桥的三维有限元模型, 采用非线性弹簧单元和阻尼单元模拟地震作用下桥台-土和桩-土之间的相互作用, 分析了桥梁的模态、非线性时程与相应的参数, 研究了考虑土-结构非线性相互作用的整体式钢桥动力特性和抗震性能, 以及整体式桥台系统的主要设计参数对此类桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明: 压实台后填土、增加桥台高厚比、增加桩周土刚度将使桥梁结构纵向主频增加约6.5%~16.0%, 而H型钢桩的朝向影响仅为1.6%左右; 结构地震响应随着桥台高厚比增加而明显降低, 桥台高厚比为1.44时, 桩顶截面处于塑性阶段, 而高厚比增大到3.15和3.85后, 桩保持弹性状态; 随着台后土密实度的减小, 结构的地震响应明显增大, 增幅大都在40%以上; 桩的朝向由绕强轴弯曲调整为绕弱轴弯曲时, 桩的最大弯矩减小, 但弯曲应力增大, 材料由弹性进入塑性阶段; 随着桩周土刚度增大, 桥梁位移响应明显减小, 桩顶、台顶最大位移及墩底弯矩减小50%左右, 但是桩顶弯矩增大40%以上, 桩的朝向对此几乎无影响; 在满足设计要求及合理范围内, 建议采用高厚比较大与柔性较高的桥台, 并压实台后填土以减小整体桥结构的地震响应, 桥台基础采用H型钢桩时, 建议将其朝向调整为绕强轴弯曲以减小桩、桥台和墩柱的最大弯曲应力与位移。      

基于中长期环境温度变形效应的半整体桥台-土相互作用试验

为研究环境温度作用对半整体桥台与台后土之间相互作用机理的影响,以简化半整体桥台-土结构模型为研究对象,进行了基于位移的环境温度作用下半整体桥台-土相互作用拟静力试验。研究结果表明：半整体桥台的滞回曲线随季节性温度变化而变化,季节性升温和降温转化段对桥台-土相互作用的影响非常显著,而持续增加或减小段对其影响较小;一年中的第1个升温段对桥台-土相互作用影响更大,随着几个季度的温度加载,台后土逐渐被压实,土压力变化趋于稳定,增加趋势减缓;不同季节昼夜温度变化对桥台-土相互作用的影响不同,夏季白天升温对桥台-土相互作用的影响小,而夜晚降温的影响大,冬季则反之;随着季节性温度的逐渐升高,桥台-土相互作用滞回曲线由凹形向凸形发展,呈现出更加饱满的梭形;中长期环境温度对台-土相互作用影响较大,经过一整年的温度作用后,台后土压力显著增大,产生棘轮效应;桥台转角与加载位移存在较大相关性,随着循环次序的增加,桥台转角先逐渐增大后趋于稳定;在中长期环境温度作用下,半整体桥台逐渐表现出往台后方向偏转的趋势;昼夜温度变化对桥台转角的影响不可忽视,在相同加载位移下,考虑季节性温度和昼夜温度叠加作用情况的桥台转角试...     

桥梁抗震设计中滑移挡块作用机理

基于能量耗散理论及地震动力响应分析,研究了不同地震荷载水平下滑移挡块及桥跨结构承载变化趋势,分析结果说明,滑移挡块在地震荷载下依靠滑移产生摩擦阻力消耗一部分地震力,不会使桥跨结构产生过大刚度而将巨大地震冲击力反馈给下部桥墩及桩基,同时挡块将桥梁破损控制在一定范围内,能量大部分由挡块承担,导致主体结构受损较小,受损严重的挡块在震后也较容易进行快速修复。     

强震边坡动力响应及安全系数计算

运用ANSYS大型通用软件,对一均质边坡进行地震荷载模拟分析;根据Wilson-θ时程分析方法,将天津地震波输入到边坡模型上,对该边坡进行了应力、位移、速度和加速度动力响应分析.并由摩尔-库伦强度理论对ANSYS通用后处理器进行编程,得出边坡的安全系数分布云图.当安全系数为0.521时,全图的部分穿越临空边界,有滑移的...     

软土地基桩柱式桥台位移影响及防治措施

桩柱式桥台因软土地基引起桥台位移，并出现了一些病害，桥台位移严重地影响桥梁上部结构的安全。本文通过分析桥台桩基与地基的相互作用，以及软土地基桥台后填土对桩基产生的桩侧土抗力，阐明了由此而引起的桥台位移影响及行之有效的防治措施。