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验结果比仅考虑季节性温度作用时增大了94%。     

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。     

粘性土被动土压力计算方法的探讨

从分析微楔体静力平衡的方法入手，导出了墙背仰斜时的被动土压力计算公式，它既可直接适用于砂性土，又可直接适用于粘性土，克服了使用库伦公式计算粘性土土压力时需利用等代内摩阻角的不足。本文公式可适用于更一般的情况。     

隧道水平围岩压力计算方法

分析了采用中隔壁法施工时隧道中隔壁的变形特性, 研究了中隔壁变形和水平荷载之间的内在关系, 提出了一种新的隧道水平围岩压力计算方法。采用结构力学分析理论, 建立了中隔壁变形和水平围岩压力之间的关系, 利用中隔壁变形监测数据, 得到水平围岩压力。基于天恒山土质浅埋隧道Ⅴ级围岩, 采用谢家烋法计算的水平围岩压力为88~145 kPa, 采用新算法计算的水平围岩压力为110 kPa。其中, 当围岩摩擦角为45°时, 采用谢家烋法计算的水平围岩压力为115 kPa, 与采用新算法计算的水平围岩压力接近, 两者相差5 kPa, 验证了新算法的可行性。     

浅谈大俯角墙背的主动土压力计算

结合路基挡土墙的设计介绍库仑土压力的计算方法和具体应用。     

高路堤涵洞土压力计算方法研究

目前山区高速公路高填方路堤逐渐增多,但仍然缺少一种可简单应用于设计中的高填方路堤下涵洞垂直土压力计算方法。对目前最具代表性的4种垂直土压力计算理论进行对比分析,结果表明：现行公路规范中的线性土压力计算公式计算结果偏小,而Marston公式计算过程复杂,不适用于结构设计,铁路规范虽能较准确反映涵顶土压力随填土高度变化情况,但缺乏理论依据。     

整体桥H型钢-RC阶梯桩与土相互作用拟静力试验

以H型钢-RC阶梯桩模型试验为背景,进行了2根H型钢-RC阶梯桩(HS-RC-0.25、HS-RC-0.50)及1根H型钢桩(HS)的低周往复荷载拟静力试验;在桩顶施加水平位移荷载,埋设应变片与土压力计,采用特殊设计的桩身水平变位测试方法,得到了H型钢-RC阶梯桩桩身破坏特点、沿桩深方向的桩身水平位移与应变、骨架曲线和滞回性能曲线;利用OpenSEES对比分析了桩顶自由与固定条件下阶梯桩桩顶水平变位能力,得到了阶梯桩水平承载力折减系数与转化系数,对比了利用折减系数得到的模型桩水平承载力计算值与试验值。试验结果表明：H型钢桩的桩顶弹性变形为2~25 mm,其水平变形能力强,承载能力好,加载全过程滞回环饱满,耗能效果好;刚度比对阶梯桩的破坏模式无显著影响,阶梯桩的上段钢桩均无明显的屈曲破坏,变截面处混凝土严重剥落且破坏位置相同;随刚度比增大,阶梯桩-土体系屈服位移及屈服荷载均提高,HS-RC-0.25较HS-RC-0.50桩顶屈服位移减小了29.15%,桩身应变突变减小;阶梯桩的滞回环在加载初期因为滑移表现为捏拢状,而在加载后期过渡为饱满的梭形,耗能效果良好,HS-RC-0.50加载全过程的耗能比HS-RC-0.25多25.4%,具有较好的水平变形能力;对比试验值,HS-RC-0.25的计算误差为-9.68%,HS-RC-0.50的计算误差为-2.47%。可见,HS-RC阶梯桩能满足整体桥桩基的水平变形需求,利用折减系数能较好地计算阶梯桩的水平承载力特征值。     

土压力在位移影响下的近似求解方法

在现有研究的基础上,可以用正弦,指数或双曲线函数来模拟松弛应力,挤压应力与位移之间的关联。从双曲线函数这一方面入手,通过水平基床系数结合邓肯-张模型确定公式中参数,建立了考虑位移非线性影响的主动与被动土压力计算公式。该公式简单易懂,物理含义明确,能够反映位移对土压力的非线性影响,具有较好的可计算性,能够很好的模拟出支护结构土体位移的情况。     

土工格室柔性挡墙极限主动土压力计算方法

利用有限元法分析了土工格室柔性挡墙水平变位特征, 得到了墙体中部水平变位的分界点, 提出了主动土压力的计算方法。分界点上部位移模式接近平动, 采用库仑主动土压力理论计算上部的土压力, 分界点下部位移模式接近绕墙脚的转动, 采用水平微分单元法计算下部的土压力, 并比较了计算结果与实测结果。比较结果表明: 土压力计算结果与实测结果沿墙高的分布形态及增长趋势基本一致, 计算值比实测值略偏小一些, 偏差最小为0.2 kPa, 最大为2.9 kPa, 平均偏小为1.2 kPa, 可见土压力计算方法可靠。     

锚杆设计计算中土压力零点的确定

随着现代社会的发展及高层建筑的应用，基坑大开挖越来越普遍，基坑边坡的支护方法发展得非常迅速，土层锚杆支护工程是应用较多的一种方法，其计算理论已基本成熟。但在土层锚杆设计计算中，土压力零点的确定方法却没有明确给出，本文经过推导给出简单的土压力零点的确定方法。     

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。     

加筋土挡墙土压力计算方法

为了合理计算加筋土挡墙的土压力, 分析了加筋土挡墙施工过程中墙后填料的填筑和碾压次序与填料的压实度, 通过建立墙面板内侧一定范围内填料变形体微单元的静力平衡方程, 导出了墙面板土压力表达式。结果发现当墙后反滤层为砂砾料时, 土压力随着墙高的增大而逐渐变大, 但最终趋于一个确定值, 计算的土压力值比朗金主动土压力值小, 随着反滤层厚度的加大, 土压力值变大, 越接近于朗金主动土压力值; 反滤层为砂砾料并混有一定的粘性土时, 随着反滤层厚度的变小, 土压力为负值的范围变大, 说明墙面板相当多的部分仅起构造作用, 当反滤层厚度增大到某一值时, 墙后填土才表现为压应力, 这与实际测量土压力趋势一致, 说明此方法可行。     

无伸缩缝桥梁研究综述

综述了无伸缩缝桥梁(简称“无缝桥”)技术发展,介绍了无缝桥优点、应用和研究热点,分析了无缝桥纵桥向受力特点、桩-土相互作用、台后土压力与抗震性能,指出了新技术研发与应用的现状与发展方向。分析结果表明：无缝桥技术受到许多国家的重视,已开展了大量的实桥监测和其他研究;在纵桥向受力方面,温度变形是其主因,现有规范中所给出的平均温差与实桥监测结果相差较大,应研究精度更高的计算方法;桩-土相互作用是整体桥受力的特点与研究的难点,在计算土抗力时,m法应限于小位移的无缝桥,位移较大时宜采用p-y曲线法;桥台桩基受力复杂,H型钢桩存在屈服、疲劳、屈曲的破坏可能,混凝土桩则易出现开裂病害;无缝桥温升时台后土压力增大,是研究的热点与难点,它随水平变形量和往复变形次数增大而增大的机理、量值和分布未达成共识,有待今后深入、系统的研究;纵桥向受力分析应建立全桥有限元模型,考虑结构-土相互作用和节点非线性性能;钢主梁受压稳定性和混凝土主梁抗裂性能是研究与设计的关键;引板是无缝桥的病害易发构件,面板式引板应减小板底摩阻力,避免开裂和末端沉降,而斜埋入式引板应控制其末端之上接线路面的隆起和下陷;许多无缝桥新技术已被提出并得到应用,今后还需深入研究,如：新材料与新构造在无缝桥各组成部分、台背、桩基与引板中的应用等;无缝桥具有较强的结构强健性、抗倒塌和防落梁能力,抗震研究已取得可喜的进展,但许多国家尚未形成相关的设计规定,应继续研究,为将来的应用和规范制订提供科学依据。     

Axi-symmetric active earth pressure for layered backfills obtained by the slip line method

The axi-symmetric active earth pressure for layered backfills was investigated using the slip line method. Due to different soil properties, the interfaces of the soil layers were considered as discontinuity surface. Accordingly, the change of the major principal direction was obtained and a new computation scheme was proposed to deal with the discontinuity in the calculation, finally the slip line method was extended to layered backfills. Results indicate that, the major principal direction, as well as the earth pressure, has a finite jump on passing the soil interfaces. The magnitude of the jump depends on the soil properties mainly. Generally, the active earth pressure when a strong layer is overlying a weak layer is much larger than that when the weak layer is lying on the strong layer. The present solution can be reduced to plane strain case and it has been compared with Rankine's and Coulomb's results, and a good agreement is observed.     

R-UHPC梁的抗剪承载力计算方法

收集了大量的配筋超高性能混凝土(R-UHPC) 梁抗剪承载力的试验数据, 分析了现有抗剪承载力计算方法, 研究了R-UHPC梁的抗剪机理, 考虑了UHPC的抗拉作用, 提出了基于桁架-拱模型的R-UHPC梁抗剪承载力计算方法, 并比较了计算结果与试验结果。比较结果表明: 在现有的计算方法中, 采用基于统计分析方法的承载力计算值与试验值的平均比值为0.92, 比值的标准差为0.23, 比值的相关性系数为0.78, 比值的可靠性系数为0.877, 该方法因回归数据有限, 精度不高; 对于基于一般桁架模型的梁抗剪承载力计算方法, 法国UHPC指南AFGC抗剪承载力计算值与试验值的平均比值为0.90, 比值的标准差为0.18, 比值的相关性系数为0.80, 比值的可靠性系数为0.891, 计算精度较日本UHPC标准JSCE和瑞士标准SIA较高; 在AFGC指南基础上, 考虑了纵筋影响, 抗剪承载力计算值与试验值平均比值为0.93, 比值的标准差为0.23, 比值的相关性系数为0.75, 比值的可靠性系数为0.858, 与AFGC计算结果相比离散性较大; 采用基于桁架-拱模型的抗剪承载力计算方法的抗剪承载力计算值与试验值平均比值为0.76, 比值的标准差为0.26, 比值的相关性系数为0.62, 比值的可靠性系数为0.768, 因直接套用钢筋(普通) 混凝土梁的抗剪承载力计算方法且不计UHPC的抗拉作用, 计算结果过于保守, 且可靠性最差; 采用提出的抗剪承载力计算方法的计算值与试验值的平均比值为0.94, 比值的标准差为0.21, 比值的相关性系数为0.80, 比值的可靠性系数为0.885, 与现有计算方法相比, 本文提出计算方法精度较高, 离散性小。     

高填方钢波纹管涵垂直土压力计算

引入表征钢波纹管波形特性的惯性矩计算方法, 通过Spangler管-土相互作用模型, 得到了钢波纹管涵竖向收敛变形计算公式; 假设管涵顶部填土为半无限直线变形体, 将条形基础沉降倒置后比拟上埋式管涵的受力模型; 基于弹性力学推导的基础沉降计算公式, 着重考虑管涵侧向土体压缩变形与管涵自身的竖向收敛变形之差, 推导了管涵垂直土压力的计算公式; 以广巴广陕高速公路连接线吴家浩-张家湾段高填方钢波纹管涵工程为例, 对涵顶垂直土压力进行了现场测试, 将采用公式计算所得涵顶垂直土压力与现场试验结果和应用实测沉降差反算的垂直土压力进行了对比。研究结果表明: 涵顶垂直土压力随填方高度的增加而增大, 填土至设计标高后涵顶垂直土压力计算值、实测值和反算值分别为224.14、221.98、211.33kPa, 计算值与实测值的相对误差约为0.9%, 反算值分别比计算值和实测值小6.1%、5.0%, 且计算结果、反算结果均与实测涵顶垂直土压力变化规律一致, 填方越高, 误差越小。可见, 提出的高填方钢波纹管涵垂直土压力计算公式可行, 不仅考虑了涵侧土体的抗力系数和基床系数, 而且体现了钢波纹管的变形与受力特征。