整体式桥台-桩基-土相互作用内力计算方法研究

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点,目前在国内外得到了广泛的应用与推广.以某整体桥为工程背景,设计制作了桥台-桩基结构试验模型,开展了整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复荷载拟静力试验,主要研究了桥台和桩基的应变、弯矩与剪力等.试验结果表明:桥台正向移动时桩身应变呈现"酒杯"形分布,负向移动时呈...     

整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复拟静力试验

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点,目前在国内外得到了广泛应用与推广。然而,整体桥在季节性温度荷载作用下会发生往复位移,并产生桥台-桩基-土相互作用。为此,以福建上坂大桥为背景,设计制作桥台-桩基结构试验模型,开展桥台-H形钢桩基-土相互作用低周往复荷载拟静力试验研究,主要研究桥台、桩基的滞回性能与变形规律以及桥台-桩基-土三者相互作用的机理。结果表明:桥台与桩基的等效黏滞阻尼比均较大,其值大于0.15,即整体桥具有良好的抗震性能和耗能能力;整体桥在温度作用下桩基处于弹性状态,但会发生残余变形,同时在台背与桩顶的一定宽度和深度范围内存在土体脱空现象,实际工程中产生桥头跳车、搭板沉降的原因不仅与台后土体的特性相关,还与桥台结构的受力机理相关;仅测量和分析上部未入土结构的变形并不能准确反映整体结构的变形规律;试验循环加载全过程桥台-桩基-土相互作用会产生累积变形,其中桩基的累积变形要大于桥台的累积变形,且其累积变形远大于任意单步荷载作用下产生的变形;目前对于现有桥台-桩基变形的理论并未考虑累积变形的影响,该研究结果可为有关规范的制订提供参考。     

整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复拟静力试验（双语出版）

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点，目前在国内外得到了广泛应用与推广。然而，整体桥在季节性温度荷载作用下会发生往复位移，并产生桥台-桩基-土相互作用。为此，以福建上坂大桥为背景，设计制作桥台-桩基结构试验模型，开展桥台-H形钢桩基-土相互作用低周往复荷载拟静力试验研究，主要研究桥台、桩基的滞回性能与变形规律以及桥台-桩基-土三者相互作用的机理。结果表明：桥台与桩基的等效黏滞阻尼比均较大，其值大于0.15，即整体桥具有良好的抗震性能和耗能能力；整体桥在温度作用下桩基处于弹性状态，但会发生残余变形，同时在台背与桩顶的一定宽度和深度范围内存在土体脱空现象，实际工程中产生桥头跳车、搭板沉降的原因不仅与台后土体的特性相关，还与桥台结构的受力机理相关；仅测量和分析上部未入土结构的变形并不能准确反映整体结构的变形规律；试验循环加载全过程桥台-桩基-土相互作用会产生累积变形，其中桩基的累积变形要大于桥台的累积变形，且其累积变形远大于任意单步荷载作用下产生的变形；目前对于现有桥台-桩基变形的理论并未考虑累积变形的影响，该研究结果可为有关规范的制订提供参考。     

整体式桥台桥梁设计与实践的发展现状

整体式桥台桥梁的上部结构与桥台浇筑成整体并由单排桩支承。温度引起的伸缩及混凝土的徐变和收缩导致桩中产生弯曲应力。至今,该类桥梁还没有统一的设计标准,仅有少数可供参考的设计和施工准则。回顾了现行整体式桥台桥梁的设计和施工实践。通常认为重要的设计参数是混凝土桥面板的温度、徐变和收缩效应,土层的变化及桩一土的共同作用。对桩的参数分析考虑了预钻孔的影响、预钻孔中填料的类型、地下水位、土的类型及桩的朝向。研究结果将有助于整体式桥台桥梁桩基的选择和设计。     

带EPS的整体式桥台-桩-土相互作用拟静力试验

整体桥中台后土压力在温度循环作用下会发生较大变化,这种季节性横向土压力的变化在每次温度循环后会持续增大,其实际所受水平土压力会远大于桥台设计时的压力,同时桥台桩基会产生累积和残余变形,因而有效减少台后土压力与桥台桩基的累积和残余变形至关重要。为此以桥台-H形钢桩试件为研究对象,通过在桥台侧向施加水平位移荷载,开展带膨胀聚苯乙烯（EPS）填料板的整体式桥台-桩-土往复荷载拟静力试验,分析桥台、桩基的骨架曲线、滞回曲线及其沿入土深度方向的水平变形和桥台转角等的变化规律,初步研究EPS填料板的厚度对桥台-桩基-土相互作用受力性能的影响。试验结果表明：在台后埋设EPS填料板能有效减小上部结构变形时桥台所受到的水平力,最大可减小31%;同时,也可减小模型试件的累积变形,其随着EPS厚度的增加而逐渐减小,尤其对桩的累积变形减小最为显著,最大减小了74.3%;在台后埋设EPS填料板也可有效减小台后填土对桥台转角的约束作用;台后埋设EPS填料板会使单步位移荷载作用下产生的变形有所增大,但幅度不大;试验全过程各模型试件均表现出了良好的弹性性能和变形能力。     

温度对预应力混凝土斜拉桥主梁挠度的影响及长期监测研究

挠度是桥梁健康监测中评价桥梁使用功能和安全性的重要指标之一,本文依托实际工程,通过建立远程控制与操纵的健康检测系统,针对温度作用中的季节温差、日照温差对预应力混凝土斜拉桥跨中挠度的影响开展研究工作,分析得出了季节温差是影响预应力混凝土斜拉桥主梁长期竖向变形的主要因素;扣除季节温差和收缩徐变等长期因素的影响,车辆荷载对主梁跨中下挠的影响大于日气温变化的结论。     

地震作用下考虑土-桥台-上部结构相互作用的大跨桥梁伸缩缝处碰撞效应研究

为了给大跨桥梁抗震设计提供参考,针对西部山区强地震带常见的高墩大跨桥梁,考虑土-桥台-上部结构相互作用以及支座的滑动效应,采用非线性时程法对地震作用下大跨桥梁伸缩缝处碰撞效应进行了研究。采用非线性弹簧模拟桩基-土体相互作用以及台背填土的弹塑性变形,采用双线性滞回模型模拟支座的滑动效应,并采用接触单元法模拟主、引桥梁体间以及引桥梁体-桥台背墙间的碰撞反应。研究结果表明:主、引桥梁体间以及引桥梁体-桥台背墙间若发生连锁碰撞效应,桥台背墙将会遭受较大的撞击力作用,过大撞击力使得台背纵向位移、台后填土塑性变形以及桥台桩基的地震响应显著增大,易引起引桥桥台破损、桩基断裂以及引桥梁体落梁等震害。     

PHC管桩-土相互作用受力性能拟静力试验

针对现有《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)中设计计算方法难以适用于整体式桥台桥梁桩基的问题,以预应力高强混凝土(Prestress High Concrete,PHC)管桩试验模型为背景,进行了PHC管桩低周往复荷载拟静力试验。通过在桩顶施加水平位移荷载、埋设应变片、土压力计以及特殊设计的桩身水平变位测试方法,得到了PHC管桩桩身破坏特点、沿桩深方向上桩身水平位移与应变、骨架曲线和滞回性能曲线,初步探讨了桩-土相互作用机理,给出了PHC管桩-土相互作用的等效刚度计算方法。试验结果表明:预应力度和配筋率对PHC管桩的破坏模式有较大影响,裂缝分布规律不同,最大弯矩沿桩深方向发展,内力重分布;配筋率和预应力度越小,变形能力(延性)越差、破坏越严重,桩-土相互作用效果不佳;PHC模型桩在加载初期基本表现为线弹性性能,且水平外荷载主要由模型桩承担;当模型桩开裂后拉区混凝土退出工作,荷载增加减缓,表现出较明显的非线性性能,此后水平外荷载的增加主要由桩周土抗力承担;当桩周土压力达到极限时荷载开始下降并迅速破坏;试验全过程各模型桩均表现出了良好的塑性性能和变形能力,延性系数较大,抗震性能较好,可适用于整体式桥台桥梁桩基,研究结果可供有关规范的设计计算参考。     

软土地基中桥头路基桥台桩侧向反应分析研究

在高速公路与桥梁的连接段,桥头路基软土引起的侧向荷载,对桥台桩基的水平位移和弯曲变形具有重大影响,严重时将导致桥台或桥梁结构的破坏.该文介绍了侧向变形土体常见的位移模式,研究了桥台桩的变形机制,并阐述不同模式下桩侧压力的产生机理.在此基础上提出桩土间相互作用力与桩土间相对位移的双曲线关系模型和理想弹塑性关系模型,并对模型进行了求解.通过试验数据验证了计算模型的正确性.     

芬兰哈维斯托大桥的原位试验

为研究温度变化作用下,整体式桥梁台后土压力的变化及台后填土对土压力的影响,以芬兰哈维斯托大桥为例,在该桥施工过程中共安装191个仪表进行原位试验,并根据测试结果分析桥台的周期性水平位移对桥台桩基性能的影响.测试结果表明:桥台回填土密实度越好,测得的土压力越大；桥梁建成后的第1个秋季测得的土压力非常小,温度循环位移引起的土压力幅度在第1个冬季最冷的时候过去后才开始变大,土压力随温度升高而增大；整体式桥台的大直径钢管桩应力随温度变化而变化,但存在零飘现象,建议将应变计安装在桩内靠近主筋位置；两桥台的刚度不同,温度位移差异很大；大直径桥台桩的弯矩与桥台的水平位移有直接的关系.     

无线倾角传感器在桥梁挠度长期监测中的应用研究

本文主要研究将无线倾角传感器应用于桥梁梁体挠度变化的长期监测。基于支座坐标与多个位置倾角监测数据,采用最小二乘算法构造了梁体下挠多项式曲线的拟合方法。在江苏南通如泰运河大桥的长期监测系统中部署了无线倾角传感器,获取了该桥的倾角监测数据,并根据3跨连续梁桥结构特点,选取6阶多项式进行拟合得到全桥挠度曲线。通过相关分析验证了桥梁挠度与环境温度的相关性。本项目的实施说明了快速布设的无线倾角计可以实现低成本高可靠的长期挠度监测,在未来实际工程中可进行广泛应用。     

运营车辆荷载作用下大跨PC梁桥动挠度特性研究

针对运营车辆荷载作用下大跨PC梁桥动挠度特性问题,以琶洲大桥和洛溪大桥为背景工程,采用有限元计算和现场试验获取其车辆荷载动挠度,并分别在时域和频域,重点研究了运营车辆荷载作用下动挠度的统计特征和频谱特性。研究结果表明,模拟车辆荷载作用下的动挠度与实测动挠度吻合较好,两座背景桥的动挠度计算值以及实测值的均值和方差均在3～5mm范围内,均方差在2mm左右,变异系数超过50%,说明在大跨PC梁桥挠度监测时,不能忽略运营车辆荷载作用下桥梁结构挠度的动态效应,应采用动挠度来表征桥梁结构变形。功率谱密度曲线呈多峰分布,幅值谱属双峰分布,幅值谱主要频率集中在结构振动一阶频率及三阶频率附近。研究结果可为桥梁结构动态挠度监测方法研究和挠度成分分离研究,提供科学依据和基础数据。     

大跨浅埋暗挖隧道近接桥桩施工扰动影响及控制技术研究

依托某实际工程,基于Abaqus软件建立桥-隧三维数值计算模型,对城市公路隧道近接桥梁桩基段施工进行模拟,得到大跨浅埋暗挖公路隧道施工对地层、桥梁桩基变形的影响规律,并研究高压旋喷桩加固措施对桥梁桩基变形的影响,结合现场实测数据,分析加固措施对隧道施工安全的控制效果。结果表明:软弱地层隧道施工对桥梁桩基变形影响较大,靠近隧道两侧桩基变形明显大于中部桩基,最大桩基差异沉降值远超规范允许值,需采取有效变形控制措施;增大高压旋喷桩加固参数(加固深度和宽度)对减小桥梁桩基位移效果较为明显,但加固宽度和深度都存在"极限值"。考虑安全与经济,得到工程合理的加固宽度为2.5m,合理加固深度为25m;隧道施工完成时桥梁桩基最大差异沉降约2.2mm,桥梁桩基变形在安全可控范围内。     

整体式斜交桥台-桩-土体系往复加载拟静力试验

将整体式桥台引入斜交桥中形成整体式斜交桥，可有效改善地震中桥梁上部结构纵横向耦连效应造成的面内扭转及落梁现象；但整体式桥台中主梁与桥台浇筑为一体，在地震作用下将发生复杂的桥台-桩-土相互作用。为此，以某整体式斜交桥为原型，开展了斜交桥台-H形钢桩-土体系往复加载拟静力试验研究，探究了体系的抗震性能、台后土压力分布规律以及桥台和钢桩的水平变形特征等。结果表明：斜交桥台-H形钢桩-土体系具有较高的耗能能力及延性，台后土对体系的抗震性能影响显著。台后土提高了体系抗侧承载力及刚度，但亦造成正负向受力不对称性，其中正向抗侧承载力及刚度明显高于负向，但残余承载力及位移明显小于负向。在小位移（<0.01H，H为桥台高度）下，斜交桥台的台后土压力沿埋深方向近似呈三角形分布，最大土压力位于台底；沿水平方向呈抛物线形分布，最大土压力位于距桥台锐角0.25 m处；沿纵桥向呈三角形分布，最大土压力位于台背。在大位移（≥0.01H）下，台后土靠台背处出现明显扇形塌陷区域，导致桥台顶部土压力降低，沿埋深方向开始呈双折线分布，沿水平方向呈三折线分布，最大土压力位置不变；沿纵桥向呈双折线分布，最大土压力与台背距离随加载位移逐渐增加。试验结束时，桥台顶部塌陷区域深度近500 mm，宽度近600 mm。加载过程中桥台基本为刚体，出现平动及转动位移；由于部分台后土流动至钢桩前侧，钢桩顶部产生朝向台后土方向的局部累积变形，桩身水平变形在埋深0.25 m处出现拐点及最大值，而非桩顶，试验结束后无明显残余变形。     

大跨度结合梁斜拉桥温度场及温度效应分析

为研究大跨度结合梁斜拉桥的温度场及所产生的效应,以望东长江公路大桥为背景进行分析。基于该桥结构健康监测系统1年的温度监测数据,分析该桥日照温度场分布规律,提出结合梁、桥塔竖向温度梯度以及斜拉索与桥塔、主梁温差的计算模式;采用该计算模式得到的温度荷载,对结构的温度变形效应进行有限元分析;最后通过EMD法提取主梁主跨跨中受温度影响的挠度响应。结果表明:钢主梁的竖向温差较小;斜拉索与桥塔、主梁的温差较大,对主梁挠度温度效应起决定作用;采用空间杆系单元建立的斜拉桥模型在温度荷载作用下的挠度计算值偏保守。     

大门大桥引桥过桥管线作用效应研究

为了研究过桥管线对桥梁工作性能的影响程度,以温州市大门大桥工程引桥(连续箱梁桥)为工程背景,通过对管线布置方案的比选,确定该桥采用桥面两侧“管线专用区域”的布置方案;并就输水管道对桥梁结构的影响进行静、动力分析研究.研究表明,水荷载引起的桥梁跨中挠度与荷载短期效应组合下跨中挠度相比,可以忽略;连续梁结构的固有频率与输水管道内恒定流频率的波动范围不同,二者不会产生共振现象;水荷载引起的桥梁结构正截面应力增量小于1 MPa,不足以影响桥梁的安全运营.     

连续曲线箱梁受力性能和加固效果分析

调查连续曲线箱梁桥的裂缝分布,分析裂缝成因。结合桥梁加固前后的静载试验,对梁体在荷载作用下的挠度、应变和裂缝等力学性能指标进行测试。分析既有梁体病害对结构受力性能的影响,并对其维修加固效果进行评价。结果表明:对梁体施加体外预应力、底板粘贴钢板和封闭裂缝等加固措施,能够有效改善连续曲线箱梁桥的受力性能,并使其加固后承载能力得到较大幅度的提高。     

桥梁短期实测数据修正高强混凝土收缩徐变模型与长期挠度预测

为了解大跨径预应力连续箱梁桥高强混凝土的收缩徐变规律,预测其长期变形,在箱梁跨中埋置测量传感器,直接测量混凝土的收缩应变,通过增量运算理论分离出混凝土的徐变应变,对于具体桥梁的C55高强混凝土实测数据显示,现行规范的收缩徐变模型总体上会低估高强混凝土的收缩作用,而高估徐变作用.用短期实测数据修正后的混凝土收缩徐变模型预测桥梁恒载下的长期变形,由两种类型修正式的挠度估算值与实测值的比较可知,其预测精度受混凝土短期实测应变数据的完整性、测量精度及修正式与实测数据吻合程度的影响.     

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。     

基于荷载试验和监测系统的某大跨度悬索桥结构状态评估

为进一步了解大跨度桥梁的结构状态,本文通过对桥梁荷载试验期间的监测系统实时监测数据、现场试验测量数据和大桥有限元模型模拟计算数据的对比挖掘分析,以定量化的形式通过与结构状态相关的参数指标,评估桥梁的结构状态。以国内某新建大跨悬索桥为例,通过安装的健康监测系统采集桥梁在静载试验条件下各控制截面的挠度、应变、振动等结构响应实时监测数据,计算桥梁挠度和应变特征值,采用频谱分析等方法计算大桥的模态参数,然后基于挠度、应变、模态参数的监测结果与现场试验测量结果、有限元模型计算结果的对比分析,并参照现场荷载试验评定方法,评估桥梁的结构状态。实验结果表明:监测系统时程数据可观测到明显的加载和卸载情况,监测系统运行良好,在试验荷载下桥梁处于弹性工作状态,整理受力状态良好,大桥结构整体刚度满足设计荷载的正常使用要求。作为新建桥梁,该评估结果还可作为桥梁的初始状态,作为后续评估桥梁结构状态和健康监测系统工作状况的参考基准。