V型冲沟落石防护结构设计

为了解决危岩落石对山区高铁运营的威胁,并改善乘车的舒适度,以宝兰客运专线南马棕山隧道和千家沟隧道之间的大水沟落石防护结构设计为背景,提出锚索(锚杆)框架梁边坡防护与拱形明洞相结合的综合防护设计方法;根据地形、地质情况,结合受力分析,拱形明洞防护结构独立于桥设计,其基础采用纵梁+墩、钻孔桩;应用有限元对落石的运动轨迹、冲击能量及拱形明洞结构进行数值模拟,验证了结构布置的合理性及安全性。     

偏压荷载对箱型明洞受力影响及设计要点

为研究偏压荷载对箱型明洞结构受力影响，为该类明洞结构的设计提供理论依据，以某道路开孔箱型明洞工程为例，采用ANSYS有限元数值模拟方法进行计算分析,综合研究结果表明： 1）偏压回填箱型明洞靠山侧墙底部和外侧墙顶部受力较大，设计配筋时需要加强； 2）靠山侧墙背回填土侧压力对明洞结构受力影响较大，改善回填材料内摩擦角大小可以有效降低明洞结构内力，当内摩擦角增大到47°时最为经济； 3）可以通过在明洞洞顶回填EPE的方式减轻洞顶冲击荷载，降低明洞内力，最优回填厚度为0.9 m。     

强震区隧道明洞结构抗震设计研究

本文探讨了强震区域采用大偏压高填土明洞方式来减少落石对洞顶的冲击作用和堆积作用可行性,并采用有限元程序模拟大偏压高填土隧道明洞结构的受力,分析了冲击荷载作用下明洞结构承载情况,提出了明洞抗震设计重点。     

强震区隧道明洞结构抗震设计

本文探讨了强震区域采用大偏压、高填土明洞方式来减少落石对洞顶的冲击作用和堆积作用的可行性,并采用有限元程序模拟大偏压、高填土隧道明洞结构的受力,分析了冲击荷载作用下明洞结构承载情况,提出了明洞抗震设计重点。     

半拱形公路棚洞结构抗冲击性能优化

利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟落石冲击荷载作用下半拱形棚洞结构的动力特性,在分析棚洞结构受力变形的基础上,探索其抗冲击性能优化方法,提出通过调整棚洞截面形式控制应力扩散路径,从而提高棚洞的抗冲击性能。研究表明:将半拱形棚洞拱墙和顶板的连接断面向立柱方向水平偏移,使棚洞拱墙半径增大,水平顶板宽度减小,能有效降低滚石冲击引起的最大等效应力,减小棚顶的最大变形量,增强棚洞结构的抗冲击性能。     

基于温度效应的隧道二次衬砌混凝土结构力学状态分析

为了研究寒冷地区隧道二次衬砌混凝土结构在环境温度变化情况下的力学状态,基于振弦式混凝土应变计的测试原理,提出温差引起的误差修正公式,并采用数值模拟的方法,对隧道二次衬砌混凝土的温度应力进行了分析。结合陕西省吴堡至子洲段高速公路刘家坪3号隧道现场二次衬砌混凝土应变监测数据,研究了1年内环境温度变化情况下隧道二次衬砌混凝土的结构受力。结果表明:在温度的影响下,混凝土内部在冬季产生了比较大的拉应力,混凝土内侧拱顶产生压应力,其余部位内侧产生拉应力;混凝土外侧拱顶和边墙部位产生了比较大的拉应力,最大值出现在拱顶部位;混凝土的内外侧应力最大值为1.01 MPa,接近C25混凝土的设计抗拉强度1.33 MPa。     

外力作用下隧道二衬开裂过程的数值分析

应用分布裂缝模型计算钢筋混凝土衬砌及素混凝土衬砌的裂缝开展过程,得到了在不同弹性抗力及松散土压、塑性地压、偏压三种受力模式下的裂缝开展过程及荷载(所有荷载施加范围为90°,下同)。松散土压下,拱顶首先开裂,最终破坏时衬砌裂缝主要分布于拱顶内侧及拱腰外侧;塑性地压下拱脚首先开裂,最终破坏时裂缝主要分布于拱脚外侧及边墙内侧;偏压作用下拱腰首先开裂,最终破坏时裂缝主要分布于拱腰内侧及拱顶外侧;各受力模式下,第一条裂缝产生时的荷载约为极限的荷载的6%～15%,第二条裂缝的开裂荷载约为极限荷载的15%～30%。并且随着弹性抗力的增加,衬砌开裂荷载与极限荷载的比值也相应提高。     

波纹钢拼装式连拱明洞结构受力数值分析

为了验证波纹钢拼装式连拱明洞结构的可行性,以高山寨隧道为工程背景,采用ABAQUS开展了波纹钢-混凝土结构明洞受力的数值分析。结果表明,明洞结构左右洞均是拱顶靠近中墙侧沉降值最大,右洞拱顶偏左处竖向沉降值最大,靠近边坡侧水平位移最大;明洞波纹钢结构在靠近中墙处和两侧拱脚的弯矩值最大,在两侧拱肩处波纹钢应力值最大;混凝土结构在两侧拱腰处应力最大;明洞结构受力状态处于安全范围内。     

山岭隧道穿越大型溶洞综合处治技术模拟分析

对山岭隧道穿越大型溶洞综合处治技术进行有限元模拟,通过施工阶段模拟、以及建成后,落石冲击荷载的静力模拟,得出了山岭隧道穿越大型溶洞综合处治技术的相关结论。结果表明:隧道开挖后进口段隧道拱顶沉降最大值为39. 4mm,地表沉降最大值为13. 4mm,隧道在进口段刚开挖时应加强支护及监控量测。沿隧道开挖方向承台发生不均匀沉降,前方承台沉降最大值为1. 3mm,而后方的承台大部分向上隆起,隆起最大值为0. 62mm,工后可能导致桥板发生左低右高的倾斜。通过明洞护拱的影响的数值模拟可以得知,冲击荷载由600kN/m~2增加到2400kN/m~2过程中产生的竖向拉应力可能已经造成了护拱的破坏。根据冲击压力计算公式,增加缓冲回填土计算厚度,有利于增加结构的安全性。通过有限元模拟所得规律,对处治措施的机理可以做进一步了解,对处治措施的改进可以提供相应的帮助。对施工安全有着较大的意义。     

重载下连续曲线箱梁桥的受力特性研究

针对重载交通下的连续曲线箱梁桥,基于有限元分析方法,分析不同的荷载作用位置对桥梁受力状态的影响。研究结果表明,当荷载向曲线内侧偏心布置时,最大挠度值减小,当荷载向曲线外侧偏心布置时最大挠度值则增大。随着荷载位置由曲线内侧向曲线外侧移动,各跨的最大弯矩均逐渐增大,不同荷载工况下边跨弯矩大于中跨弯矩。当荷载偏心布置时,各跨的扭矩均显著增大,且荷载向曲线外侧偏心布置时的扭矩大于内侧偏心的扭矩。     

拱部空洞条件下衬砌裂损规律研究

衬砌背后空洞是一种广泛存在的隧道结构病害,空洞的存在会导致结构受力不均,产生严重的应力集中效应,对结构安全造成了严重的影响和威胁。文章通过数值模拟研究了空洞对结构裂损规律的影响,研究结果表明:(1)衬砌背后无空洞时,仰拱内侧、两侧拱脚外侧受拉较严重,两侧拱脚内侧出现受压破坏;(2)拱顶背后存在空洞时,拱顶部位向外凸起变形,拱顶外侧、两侧拱肩内侧受拉开裂,拱脚裂损情况加重;(3)左侧拱肩部位开裂时,结构变形呈非对称形式,左拱肩外侧、拱顶内侧开裂,左拱脚、仰拱左侧裂损情况有所减轻。     

连续组合曲线箱梁桥焊钉受力特性分析

为了得到连续组合曲线箱梁桥中焊钉的受力特性,结合某三跨连续梁桥工程实例,用空间有限元模型详细计算了不同荷载形式下箱形组合曲梁的受力,得到剪力钉在组合梁中的剪力分布。在恒载作用下,剪力钉切向剪力在弯矩图反弯点附近大,其他位置小,而法向剪力则在支座处同时出现极值,且内、外侧顶板剪力钉在支座处的剪力方向相反;在车辆横向偏载作用下,偏外侧荷载作用下内外侧顶板剪力钉的剪力差明显大于偏内侧荷载;混凝土收缩效应使得剪力钉在全桥两端的剪力远大于其他部位;混凝土徐变效应所产生的剪力钉切向剪力与均布恒载方向相反;随着断率半径的增加而增加,外侧和内侧顶板剪力钉承受的剪力不均匀程度增加。     

临沂市北京路沂河桥桥头堡结构设计分析

北京路沂河桥东、西两岸分别设置四座桥头堡,结构形式为四柱围合的框架结构,与拼宽桥桥墩共用承台桩基础。地震作用分析同时考虑建筑与桥梁设计的最不利荷载作用,对桥头堡在桥面位置、承台桩基础、楼顶平台3个薄弱部位进行重点分析。首先介绍了桥头堡主体结构在地震作用下不会与拼宽桥发生碰撞;其次分析了合并承台后会改变群桩基础中各桩位的受力情况,受桩-土-结构相互作用体系的影响会增大拼宽桥墩身荷载及桩基础总地震荷载;最后对观光厅立柱及核心筒进行抗震分析,并介绍了避免顶部平台剪力滞效应所采取的措施。     

冲击钻孔施工对桩基损伤的临近桥梁受力影响研究

为了解冲击钻孔施工对桩基既有损伤框架桥的影响,采用有限元软件建立部分框架桥分离式共节点模型,考虑桩基完好和桩基受损2种工况,对冲击钻孔施工影响下临近框架桥的力学响应进行数值模拟。结果表明,框架桥桩基受损工况相对于桩基完好工况,冲击瞬间墩柱沉降值及桥面横向水平位移较大,混凝土和钢筋承载远比正常状态高。采用冲击钻孔工艺施工,考虑到冲击钻孔过程中需要多次冲击,会引起临近框架桥沉降值、墩柱底部混凝土受力及桥面横向水平位移较大,导致结构承受较大的安全风险,建议改用回旋钻成孔工艺施工。     

小半径曲线箱梁非对称增大截面加固分析与试验研究

曲线箱梁桥最主要的受力特点是弯扭耦合作用,其病害特征和加固方法存在显著的特殊性。该文基于曲线梁桥的3个基本方程,对其力学性能和受力特征进行理论分析,采用有限元软件对某曲线箱梁桥进行计算,分析导致该箱梁腹板开裂、内侧支座脱空、外侧支座偏压严重等病害产生的成因,并对加固后的曲梁桥进行试验测试。结果表明:采用非对称增大截面加固方法,增加两侧腹板厚度等加固措施,能显著提高结构的抗剪扭承载能力,结构受力趋于合理。由于加固箱梁新旧混凝土间存在应力叠加和界面滑移,导致增大截面应变小于原箱梁应变,应力有所滞后。桥梁荷载试验表明该加固措施效果良好。     

软岩地层隧道支护体系受力特征研究

该文以客运专线贵广线三都隧道为依托,采用现场试验方法,研究贵州地区炭质板岩软弱地层隧道施工过程中围岩变形特性、围岩压力,以及支护结构受力特征。现场精细化描述三都隧道掌子面炭质板岩节理信息。研究结果表明:隧道拱顶下沉和水平收敛较大,提前施作二次衬砌可有效抑制大变形及其引起的坍塌。围岩压力以竖向为主,拱顶锚杆轴力最大,建议加长拱部锚杆长度,边墙锚杆参数不变。二次衬砌拱顶和拱脚衬砌处于大偏心抗裂力学状态,成为结构关键控制截面,建议加强拱顶内侧、墙脚外侧配筋,提高结构整体安全性。     

破碎围岩错缝拼装盾构隧道结构承载性能与变形控制指标

为确定破碎围岩错缝拼装盾构隧道结构变形控制指标,考虑顶部堆载、侧向卸载2种常见荷载工况,开展了错缝拼装盾构隧道承载性能演化规律研究。首先,基于接头刚度等效原则提出了不设传力衬垫的管片接头简化模拟方法,通过与相关文献实测数据对比螺栓轴力计算结果,验证了该方法具有一定合理性和适用性;其次,基于接头简化模拟和荷载结构法进行了隧道结构承载性能数值模拟,分析了管片承载状态随断面变形的发展规律;最后,根据管片承载状态临界点,提出盾构隧道结构安全等级划分方法和断面变形控制指标。研究结果表明:2种工况下管片承载构件屈服顺序存在差异,顶部堆载工况下屈服顺序为拱顶、拱底内侧钢筋,拱腰内侧混凝土,而侧向卸载工况下为拱顶、拱底纵缝螺栓,拱腰外侧钢筋,拱顶、拱底内侧钢筋,拱腰螺栓;考虑隧道耐久性、承载安全性以及结构加固时机,堆载工况下断面变形椭圆度控制值分别为0.712%、1.694%、2.156%,卸载工况下分别为0.876%、1.873%、2.757%。     

瑞士跨勒都安河整体式桥台桥梁监测研究

因季节性温差导致桥梁上部结构纵向长度发生变化是整体式桥台桥梁最常见的问题之一。为了研究在季节性温差、瞬时交通荷载作用下整体式桥台桥梁梁体、桩基受力机理,对瑞士北部跨勒都安河桥进行了长期、短期监测。该桥为一座跨径40m的单跨整体式桥台桥梁,长期监测为期18个月,短期监测每3月1次,采用荷载试验的方法。通过粘贴在梁体、桩基上的应变片测量结构应变,进而得到结构在荷载作用下的应力,并与有限元计算结果进行对比。长期监测结果显示:桥北和桥南的桩应变表现出相似的变化趋势,但变化幅度却明显不同。短期监测结果显示:桥梁挠度变形不对称,东侧变形一直大于西侧,但差值较小;桩在冬季时的弯曲应力低于夏季时的46%~50%;跨中最大挠度变形时夏季测得的弯曲应力大于冬季时的28%,且10月份的挠度变形较大。     

拱形钢桥塔斜拉桥结构健康监测与评估研究

之江大桥主桥为(116+246+116)m拱形钢桥塔斜拉桥,采用半飘浮结构体系,主梁采用流线型扁平钢箱梁,全桥共88根斜拉索,空间双索面布置。为满足该桥管养与结构受力状态评估的需求,建立大桥结构健康监测系统,基于监测数据分析环境、荷载,以及运营状态下桥梁的空间位移、线形、应力应变和结构动力特性等参数,并对结构状态进行评估。结果表明,桥址每小时平均风速最大值集中在1月～3月,最大风速为9.7m/s,没有超过8级的蓝色预警;通过大桥的车辆类型主要是小客车或小货车、大客车或中货车,载重量在7t以下;在运营荷载作用下大桥空间变形较小,结构受力在合理范围内且弹性工作性能良好。     

并桥位新建桥梁对既有桥梁桩基的影响分析

以某新建黄河公路大桥为工程背景,针对新建桥梁与既有桥梁并桥位建设,新旧桥梁桩基距离近的结构特点,采用岩土数值模拟方法对新建桥梁施工及运营期既有桥梁基础变形及受力的影响规律进行分析研究。结果表明,新建桥梁建成后,既有桥在运营荷载作用下基础平均沉降值为2.7 cm,最大横桥向变形值1.2 cm。施工期不均匀沉降值1.4 cm,桩基受力增大10%,桩身最大压应力为8.68 MPa,承台最大拉应力为1.18 MPa,既有桥桩基变形量及桩基承载力满足设计及规范限值要求。