横向撞击荷载下钢筋混凝土桥墩动力响应研究

运用拉格朗日动力方程和结构力学原理,研究了横向撞击作用下桥墩的动力响应,得到了横向撞击作用下桥墩动态弯矩、动态剪力以及动态应变的表达式,并分析了影响桥墩撞击作用下动内力的主要影响因素,计算结果与试验值符合较好。为研究桥墩横向撞击下桥墩的动力响应提供了一定的参考。     

节段拼装桥墩撞击试验研究与数值分析

为研究采用节段拼装桥墩与整体现浇桥墩在抗撞击性能方面的差异，探究撞击作用下节段拼装桥墩的撞击响应和破坏模式。采用缩比模型，通过水平撞击试验获得节段拼装桥墩和整体现浇桥墩的动力时程响应曲线，观测不同构造形式桥墩在不同撞击速度下的破坏模式，并对比分析桥墩在撞击荷载作用下的撞击力、位移等动力时程响应；采用非线性有限元模型，对桥墩撞击响应和破坏过程进行仿真模拟，并通过与试验结果进行对比，验证其有限元结果的可靠性；通过参数分析探明了撞击高度、预应力值对拼装式桥墩动力响应的影响规律。研究结果表明：在撞击荷载作用下，整体现浇桥墩主要发生了由受拉弯曲破坏转变为墩底斜向剪切破坏的弯剪破坏，节段拼装桥墩主要发生受撞节段剪切滑移和加载区混凝土压溃；与整体现浇桥墩相比，在撞击作用下节段拼装桥墩撞击力峰值降低21.25%，撞击持续时间相应增加147.62%，同时节段拼装桥墩展现出更强的变形能力和能量耗散能力，但未能展现出良好的自复位能力，增加混凝土局部损伤；有限元模拟与试验结果吻合良好，验证了有限元模型的正确性；基于节段拼装桥墩有限元模型，分析得到撞击高度和预应力值对桥墩撞击力的影响较小，但撞击高度对桥墩变形影响较大，预应力值对桥墩整体刚度也有较大影响；因此，在节段拼装式桥墩抗撞设计时应综合考虑撞击高度和预应力值对桥墩的影响，从而保证结构的可靠安全。     

缓冲器对钢筋混凝土桥墩撞击性能影响的试验研究

采用落锤冲击实验装置,进行钢筋混凝土桥墩模型在侧向撞击荷载下的动力性能试验,研究在桥墩模型表面设置缓冲器对试件撞击动力响应的影响.比较了不同缓冲器的缓冲效果,分析了影响桥墩模型冲击裂缝扩展和破坏模式的主要因素,研究了冲击能量和试件峰值动力响应及撞击体平均冲击力的关系.试验证明,所设置的缓冲器可以较大程度地减少构件的冲击动力响应,对撞击区受压钢筋峰值压应变可降低74.60%,受压混凝土峰值压应变可降低54.69%,受拉钢筋峰值拉应变可降低63.02%,跨中峰值位移可降低57.73%,抗开裂冲击能增加180%,撞击体的平均冲击力可降低78.59%.研究结果表明,经合理设计的缓冲器具有高效的缓冲作用,可用以提高桥墩的抗撞能力.     

钢骨混凝土桥墩抗撞击性能试验研究

为研究内置钢骨对混凝土桥墩抗撞击性能的提高作用,进行3根钢骨混凝土桥墩模型和1根钢筋混凝土桥墩模型的侧向静力加载试验和水平撞击加载试验,分析桥墩模型撞击破坏形态及影响因素,研究内置不同钢骨形式对墩身应变增长、桥墩撞击开裂和撞击剪切强度的影响。运用混凝土桥墩静力抗剪强度叠加原理,合理考虑混凝土抗剪强度组成因素及材料应变率效应,采用材料撞击动强度,建立预测钢骨混凝土桥墩撞击动力抗剪强度计算公式。研究结果表明:内置角钢、槽钢、圆钢管的混凝土桥墩的撞击开裂峰值力比普通混凝土桥墩分别提高98.76%、194.22%、186.76%,其撞击破坏峰值力比普通混凝土桥墩分别提高19.82%、52.83%、46.22%,内置钢骨对混凝土桥墩抗撞击开裂能力和抗撞击强度有显著提高作用;内置槽钢和圆钢管的钢骨混凝土桥墩的撞击开裂峰值力和撞击破坏峰值力比内置角钢的钢骨混凝土桥墩分别提高48.03%、44.27%和27.55%、22.03%,属于抗撞击性能较好的钢骨混凝土桥墩;所建公式计算结果与试验结果较符合,可为钢骨混凝土桥墩抗撞击强度设计提供参考。     

落石撞击桥墩计算模型研究现状与展望

为了对桥墩进行科学的落石撞击验算及防落石撞击设计,分类整理了国内外相关研究成果,从落石撞击力的静力计算方法、简化动力计算方法、桥墩损伤特征及影响因素等方面进行了分析论述,为桥墩落石撞击验算及防落石撞击设计提供参考。对落石撞击力及结构撞击响应计算提出了建议和展望。     

侧向撞击荷载下桥墩动力响应有限元分析

进行了侧向撞击荷载下钢筋混凝土桥墩试件动力性能的试验研究。在试验研究基础上建立了可靠的有限元模型,根据该模型探讨了单次撞击荷载下桥墩的动力响应,对比分析了单次与累次撞击荷载下桥墩的动力响应。研究证明:相同撞击速度下单次与累次撞击相比:平均撞击力较大,撞击作用时间较短;跨中截面峰值应变与平均应变均较小。研究结果为桥墩耐撞性设计提供了依据。     

钢筋混凝土圆形桥墩正截面冲击承载力计算

针对工程中频发的桥墩撞击事故,根据欧洲规范(CEB)推荐的率型经验公式,得到对应应变率效应的混凝土动态抗压强度及相应动态断裂应变、钢筋的动态抗压(拉)强度;基于材料动态强度的应力—应变关系,并考虑桥墩截面的局部削弱,推导出冲击荷载下圆形钢筋混凝土桥墩正截面极限承载力的分析和计算公式;在对试验数据分析的基础上,通过算例验证桥墩动态极限承载力计算方法的可行性,并建议了冲击荷载下材料应变率的取值范围。     

钢筋混凝土圆形桥墩正截面冲击承载力计算

针对工程中频发的桥墩撞击事故,根据欧洲规范（CEB）推荐的率型经验公式,得到对应应变率效应的混凝土动态抗压强度及相应动态断裂应变、钢筋的动态抗压（拉）强度;基于材料动态强度的应力一应变关系,并考虑桥墩截面的局部削弱,推导出冲击荷载下圆形钢筋混凝土桥墩正截面极限承载力的分析和计算公式;在对试验数据分析的基础上,通过算例验证桥墩动态极限承载力计算方法的可行性,并建议了冲击荷载下材料应变率的取值范围。     

轻型桥台自身平面内的弯曲分析与参数的合理取值

轻型桥台自身平面内的弯曲问题通常采用Winkler地基上Bernoulli-Euler梁理论来进行分析,以对称中心的弯矩和基底应力作为最大值进行验算。考虑轻型桥台的剪切变形影响,采用Winkler地基上Timoshenko梁理论进行分析,得到了最大弯矩偏离对称中心,且比对称中心弯矩大得多;以对称中心弯矩作为最大值进行设计不安全;目前桥梁工程文献所推荐的设计验算方法值得探讨等结论。分析了最大弯矩随剪切刚度和基床系数、最大弯矩位置随襟边宽度的变化规律,探讨了以桥台基础不隆起为条件的襟边宽度合理取值问题。     

外包混凝土防护桥墩在车辆撞击下的动力响应

城市立交在迅速发展的同时,车辆撞击桥墩的事故也频频发生。为了研究桥墩在车辆撞击作用下的动力响应,本文以云南某跨线桥为例,对桥墩是否采用混凝土外包的情况进行撞击响应对比分析,并对车辆的质量、速度和撞击角度等参数的影响进行分析。结果表明,碰撞结果跟车辆的质量、速度以及角度有关,且外包混凝土对桥墩局部应力有明显改善,但是桥梁整体位移影响较小。研究结果为桥梁的防撞和防护设计提供了相关依据。     

高墩大跨连续刚构桥抗风及P-△效应分析

高墩连续刚构桥墩身具有特殊的受力和变形特征,该文基于龙潭河特大桥的特点,采用动力冲击风荷载对该桥施工过程中的典型工况进行了抗风分析,并在动力冲击风荷载作用下对成桥阶段进行了P-△效应（重力二阶效应）分析。结果表明,施工阶段全桥应力满足混凝土结构强度要求,施工过程整体抗风性能良好,P-△效应会增加箱梁和桥墩的侧向位移和桥墩底部拉压应力。     

内河桩柱式桥墩抗船撞能力分析

对跨越低等级航道的桥梁普遍使用的桩柱式下部结构在船舶撞击作用下的受力问题进行研究。以浙江省某跨越6级航道的桥梁为研究对象,采用有限元软件ANSYS对船舶横桥向与顺桥向撞击下桥墩桩基的受力进行分析。分析结果表明,横桥向船舶撞击下,设置横系梁可使各桥墩立柱和桩基中的弯矩重分配,被直接撞击的桥墩的立柱和桩基的弯矩减小,其他桩基的弯矩增加,撞击处的墩身横截面应力最大值无明显变化,其他区域的应力水平有所降低,高应力区域减少;顺桥向船舶撞击下,设置横系梁起到的作用有限,桥墩立柱和桩基中的弯矩和应力变化不大。     

高墩大跨连续刚构桥抗风及P-Δ效应分析

高墩连续刚构桥墩身具有特殊的受力和变形特征,该文基于龙潭河特大桥的特点,采用动力冲击风荷载对该桥施工过程中的典型工况进行了抗风分析,并在动力冲击风荷载作用下对成桥阶段进行了P-Δ效应(重力二阶效应)分析.结果表明,施工阶段全桥应力满足混凝土结构强度要求,施工过程整体抗风性能良好,P-Δ效应会增加箱梁和桥墩的侧向位移和桥墩底部拉压应力.     

基于剪切、滑移双重效应的管桁架组合梁负弯矩区变形分析

以空间管桁架组合梁试验和Abaqus有限元分析为基础,基于弹性理论分析方法推导了空间管桁架组合梁负弯矩区考虑剪切变形与滑移效应影响的变形公式。结果表明:由滑移效应引起的附加变形为计算总挠度的6%,由剪切变形产生的变形占总挠度比重为52%;从混凝土开裂荷载值到斜腹杆屈服荷载值的各级荷载作用下,考虑剪切变形与滑移效应影响的计算值与实测值、有限元计算结果具有较高的吻合度,平均偏差分别为4.1%和12.4%,实测值与有限元计算结果的平均偏差为12.9%。试验结果与有限元计算结果表明:该文建立的变形公式对空间管桁架组合梁负弯矩区的变形计算是合理可信的。     

桥墩在车辆撞击作用下的动力响应分析

为了研究桥墩在车辆撞击作用下的动力响应,以云南省某跨线桥为研究对象,基于有限元分析软件建立车辆对桥墩碰撞计算模型,通过分析得到了不同的工况下,桥墩墩顶墩底的位移和应力变化。从碰撞系统的能量转化过程来看,决定撞击荷载对桥墩损伤程度的因素很多,除桥墩本身的结构特性外,碰撞结果不仅与撞击车辆的速度、撞击方向、质量和刚度相关,防撞设施的结构特性、变形能力等也起着至关重要的作用,本文研究成果可为城市道路、高速公路上的跨线桥的防撞设计提供相关依据。     

剪切变形对波形钢腹板PC连续梁桥施工中徐变效应的影响

为了研究剪切变形对波形钢腹板PC连续梁桥施工过程中徐变效应的影响,以一实际组合结构桥梁为背景,通过桥梁专业软件Midas/Civil建立数值分析模型,模拟该桥的施工全过程。组合结构的剪切影响通过Timoshenko梁的剪切开关进行设置,通过分析施工中徐变引起组合结构的挠度及应力变化来研究剪切变形对徐变效应的影响。研究结果表明:徐变效应使得组合结构产生了较明显的变形;剪切变形对波形钢腹板PC连续梁桥施工过程中由徐变效应产生的变形影响较大,最大增幅为581.8%,最大减幅为237.1%;剪切变形对组合结构施工过程中的徐变效应的影响受到边界影响较明显,最大悬臂状态,剪切变形增大了结构由徐变引起的变形,成桥状态,剪切变形抑制了结构的变形;随着时间的推移,剪切变形对徐变效应的影响程度也在逐渐减小;由于剪切变形的影响,组合结构所研究梁段上各点徐变应力均有所减小;考虑剪切作用后,二期恒载阶段梁段各点徐变应力变化率的绝对值明显大于徐变1、3、5、10 a阶段。     

钢骨混凝土桥墩撞击动力性能模拟分析

为研究钢骨混凝土桥墩的撞击动力性能,运用有限元动力分析软件LS—DYNA,对钢筋和钢骨混凝土桥墩模型的撞击动力性能进行了模拟分析。采用两种本构模型(KCC模型、CSC模型)来模拟混凝土的撞击动力强度。将模拟计算的撞击力、撞击位移、撞击头加速度和墩身测点应变与试验结果做了对比,两者吻合较好。CSC模型能够更好地模拟撞击中混凝土的动力学性能。在此模拟基础上,研究了内置钢骨形式对桥墩撞击动力性能的影响,以及配钢率对桥墩撞击承载力的影响。分析结果表明,在相同撞击能量下,内置圆钢管的混凝土墩身应力较小,抗撞击动力性能较好;钢骨混凝土桥墩的抗撞击承载力随着配钢率增大而提高,但配钢率增大至一定程度后抗撞能力几乎不再提高。     

考虑温度-车辆耦合的准低温季节混凝土桥铺装应力分析

为了研究环境与车载耦合作用对混凝土桥铺装层受力的影响,首先推导材料特性随温度变化的沥青混合料桥面铺装在温度—车辆耦合作用下的应力有限元计算公式。然后采用有限元方法建立混凝土箱梁桥多层铺装复合结构仿真模型,通过现场实测和仿真计算,分析准低温季节铺装结构温度场日变化和车辆荷载耦合作用下的铺装层拉应力。计算结果表明:拉应力峰值出现在桥墩上方对应的铺装层表面,较易较早出现开裂破坏;考虑铺装各层结构温度梯度变化后,耦合作用下的横向拉应力峰值在中午处于谷值,纵向拉应力峰值变化不明显;耦合荷载作用下的横向拉应力峰值比车辆荷载作用情况增加2.76倍,纵向拉应力峰值涨幅为42%。在铺装层的设计中必须考虑温度荷载的作用。     

累次撞击对钢筋和钢骨混凝土桥墩撞击动力性能的影响分析

基于有限元动力分析软件LS-DYNA,通过对比有限元计算结果与试验结果验证模拟的合理性,建立了钢筋和钢骨混凝土桥墩模型的有限元撞击分析模型。在此基础上,对钢筋和钢骨混凝土桥墩模型进行了单次撞击模拟,对比分析了累次撞击对桥墩模型撞击动力性能的影响。结果表明,相同撞击速度下,累次撞击荷载下的撞击力比单次撞击小,两者偏差随撞击速度提高而增大;钢骨混凝土桥墩模型在单次和累次撞击荷载下的峰值撞击力之差,相比钢筋混凝土墩显著减小,说明钢骨混凝土桥墩抵抗多次撞击的能力较强。     

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。