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。     

桥墩形式对泥石流浆体冲击效应的影响分析

泥石流冲毁桥墩对桥梁的危害巨大。借助数值模拟分析手段,研究不同截面形式的桥墩在泥石流冲击作用下的差异。综合分析泥石流流域、桥墩受到的冲击压强、冲击力以及拉应力,得到泥石流作用下最优桥墩选型。研究表明,不同截面的桥墩对泥石流浆体的分布影响较大,圆端形墩和尖端形墩的排导能力优于矩形墩;不同截面形状的桥墩受到的冲击力差异明显,矩形墩对泥石流的阻力普遍大于圆端形墩和尖端形墩。综合模拟结果分析,建议在泥石流易发区域架设桥梁时,应优先选择圆形或者圆端形墩。     

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.     

独柱式桥墩在横向地震下的倒塌机理分析

在城市桥梁中大量采用的独柱式桥墩，由于其自身的结构弱点，在横向地震作用下易于倒塌。为了采用有效的抗震构造措施，保证独柱式桥墩大震不倒，必须弄清其破坏倒塌机理。通过日本孤神高速线高架桥的倒塌分析，对独柱式桥墩在横向地震下的破坏倒塌机理进行了分析研究。     

天然基础上的重力式桥墩非线性地震反应分析

软弱地基上的重力式桥墩,在强烈地震作用下,有可能会发生桥墩基础提离现象。取上部结构恢复力模式为理想弹塑性模型,下部地基土采用有试验支持的无拉力Winkler弹塑性固结模型,分析了非线性地基土与非线性重力式桥墩相互作用体系下的地震反应,并对一重力式桥墩进行了计算分析。分析结果表明,对于天然浅基础上的重力式矮墩,地基的破坏有可能先于桥墩的破坏,在进行桥梁抗震设计时,考虑土与桥墩的共同作用是必要的。     

城市高架桥桥墩纠偏施工监控

某城市高架桥为4×25m空心板梁桥,桥墩为直径1.4m的柱式桥墩。由于不平衡堆土导致桥墩出现较大的横向位移,为顺利对桥墩进行适量纠偏,确保结构受力合理、安全,以横向位移为控制目标,对桥墩纠偏过程进行施工监控。采用MIDAS GTS软件建立桥墩、桩和土有限元模型,计算得到满足结构安全性条件下桥墩最大偏位为88mm;在施工应力释放孔、旋喷桩以及横向顶推过程中,在盖梁或防撞墙上安装位移计监测桥墩横向位移和左右幅梁间距,在桥墩上安装倾角仪监测桥墩倾角。控制结果表明:旋喷桩纠偏作用明显,桥墩在旋喷桩产生的压力作用下逐渐回位;横向顶推过程中,持荷期间桥墩缓慢回位;纠偏后各墩最大偏位均小于88mm,结构处于安全状态。     

桥墩类型对波纹钢腹板连续刚构桥动力特性的影响

为研究不同类型桥墩对波纹钢腹板连续刚构桥动力性能的影响,以某实际项目的波纹钢腹板连续刚构箱梁桥为研究对象,采用群柱式桥墩、双薄壁桥墩、空心桥墩、实心桥墩4种类型桥墩对该桥动力特性进行对比分析。利用力学公式计算各桥墩抗扭性能;利用有限元分析软件MIDAS Civil分析各桥墩前20阶振型及自振频率。分析结果表明:采用空心桥墩可有效改善波纹钢腹板连续刚构桥上部结构的抗扭性能及提高其横向抗推刚度,并且空心桥墩工程量明显小于实心桥墩,设计波纹钢腹板连续刚构箱梁桥时,空心桥墩具有较大的优势。     

某泥石流缝隙坝设计及计算分析

某泥石流沟物源丰富,采用缝隙坝可以有效地拦挡块体物源,起到拦挡节流和稳固沟床的作用。根据现场分析,确定在泥石流主沟下游设置缝隙坝,计算了泥石流缝隙坝自重、动水压力、竖向压力、扬压力、水平水压力、水平土压力、泥石流整体冲击力和石块冲击力等,对缝隙坝的抗滑移、抗倾覆、地基稳定性进行了验算,验算结果表明该泥石流缝隙坝满足设计要求。     

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。     

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.     

深水高墩连续刚构桥施工期流固耦合动力响应研究

为了解流固耦合作用对深水高墩连续刚构桥施工期力学性能的影响,以南流嘉陵江大桥为背景,建立桥梁施工全过程流固耦合有限元模型,分析不同流速、水深对群桩基础桥墩阻力及横向力的影响,研究泄洪状态下桥墩周围流场及水流应力随时间发展规律,以及泄洪状态下各关键施工阶段桥梁结构动力响应规律。结果表明：流固耦合作用对桥梁结构影响不可忽视;桥墩所受的阻力及横向力随水深、流速的增大而增大,且与水深、流速成非线性关系;水流作用下不同位置桥墩的动力响应不同,迎流侧桥墩桩柱所受冲击力大于下游侧,上、下游桥墩桩柱间产生回流现象;T构悬挑长度越大,桥梁结构动力响应越敏感。     

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。     

朔黄铁路南排河特大桥健康状态评估研究

为研究桥梁结构在水流冲刷作用下的健康状态,对朔黄铁路南排河大桥进行了动力测试。测试内容包括粱体横竖向振幅、自振频率、梁底应变、梁跨中挠度、支座横向位移以及桥墩自振频率和墩顶横向振幅。测试结果中除了墩顶横向振幅和桥墩自振频率外均能满足《铁路桥梁检定规范》规定的限值。这说明桥墩的横向刚度偏小,需采取一定的措施进行加固。试验中还比较了脉动法、余振法和冲击振动法等测量自振频率的方法之间的差异,推荐采用冲击振动法测试桥梁自振频率。     

大体积混凝土裂缝成因分析及温控措施

天津子牙河拱桥主墩位于软土地基上,采用了大型承台和重力式桥墩,均属于典型的大体积混凝土块体,且墩柱混凝土全断面一次性浇注完成。该文采用大型有限元软件Ansys分析了温度应力分布,揭示了大体积混凝土结构在温度和收缩作用下裂缝产生的机理。文章介绍,在施工过程中通过减小混凝土内外温差、降低外界条件对混凝土变形约束、提高混凝土自身抗裂能力等措施,有效控制和减小了大型承台和重力式矩形墩柱裂缝的产生。     

基于Hertz理论的落石撞击桥墩冲击力计算公式及参数研究

落石撞击棚洞的冲击力公式已较为成熟,但落石撞击桥墩的冲击力公式研究较少。基于Hertz弹性碰撞理论和Thornton弹塑性假设,通过速度恢复系数引入落石反弹计算项,建立了落石撞击桥墩的力学计算模型,推导了落石撞击桥墩的弹性和弹塑性冲击力表达式,并讨论了落石的冲击速度、冲击角度及半径对冲击力的影响;建立落石-桥墩有限元模型,将数值模拟得到的弹性与弹塑性冲击力与理论值进行对比。结果表明:落石弹性冲击力结果偏大,考虑材料弹塑性的冲击力表达式更符合工程实际。实例结果显示弹塑性冲击力仅为Hertz弹性冲击力的21.58%;落石冲击力随着冲击速度和半径的增大而递增,随着冲击角度的增加而递减;在进行桥墩防撞设计时,应充分调研落石等效半径的分布情况,可在碰撞区铺设一定厚度的低强度混凝土;用弹塑性冲击力理论公式进行设防时,建议引入落石弹塑性冲击力折减系数,其值可取0.6~0.8。     

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。     

沪陕高速公路白河特大桥施工过程稳定性分析

采用悬臂浇注施工的大跨度预应力混凝土连续梁桥在施工过程中,要经历T构形成和一系列的体系转换,为确保桥梁施工过程结构的安全性,需探讨桥梁施工过程的稳定性。文章以白河特大桥为工程实例,采用有限元程序Midas/civil,建立了桥梁的空间有限元模型,对其施工过程进行模拟,进行了每个施工阶段桥墩的稳定性分析。计算结果表明:白河特大桥主桥的总体稳定性系数较大,桥墩结构稳定性较强,桥梁不易发生失稳破坏;桥梁在施工阶段以最大悬臂状态下稳定性最差,桥梁在成桥运营阶段,结构在活载作用下的稳定性可作为全桥的稳定性控制阶段,最易发生失稳的墩身是26号桥墩的纵向失稳。     

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。     

泥石流两相冲击力及冲击时间计算方法

将泥石流体概化为两相流体,即具有相同粒径的固相颗粒和具有相同力学性质的液相浆体。基于泥石流体为沿流动方向的一维流假定,通过计算固、液分相流速和分相运动加速度,运用牛顿第二定律建立了液相浆体和固相颗粒的冲击力计算式,并据此构建了计算泥石流两相冲击力的综合表示式;运用泥石流在防治结构表面产生的冲击坑或在泥石流沟岸产生的冲蚀槽等冲击形迹,建立了泥石流冲击时间计算方法。通过工程实例分析显示,计算结果与实测结果吻合较好,相对误差在3%以内,满足实际工程要求。     

高墩系梁设置对桥墩横向地震响应的影响

在地震高烈度地区桥梁下部结构设计时,经常会遇到桥墩较高时需要设置系梁的情况,来防止墩柱发生横向动力失稳,减小地震作用下的桥梁破坏.从大量的震害中发现未设系梁的桥墩比设置系梁的桥墩横向破坏显著.以毛林特大桥引桥下部结构为研究对象,分析E2地震作用下墩柱的横向变形和关键截面的内力,研究表明桥墩较高时系梁设置对桥墩横向抗震性能影响显著.