考虑流固耦合时桥墩在地震和波浪作用下的动力响应分析

采用非线性的Morision方程,计算了考虑流固耦合时,不同的桥墩在波浪荷载、地震作用下的位移响应,比较了考虑流固耦合和不考虑流固耦合时桥墩的位移响应差异。算例表明,不考虑流固耦合时的计算结果明显小于考虑流固耦合时的计算结果。因此,分析认为,在地震、波浪作用下考虑流固耦合的分析更符合实际情况。     

在风载作用下高桥墩的非线性分析

根据高桥墩的受力特点推导出其振动偏微发方程，用风荷载作初扰动和强迫力，分析高桥墩的非线性自由振动和强迫振动情况，并与其线性振动进行比较。     

波浪荷载作用下跨海桥梁群桩基础方案研究

针对波浪荷载作用下跨海桥梁群桩基础的设计问题,以平潭海峡公铁两用跨海大桥主桥为工程背景进行了群桩基础方案的数值模拟分析。首先,建立全桥有限元模型计算上部结构对基础的作用力;其次,建立了4种不同群桩基础方案的有限元模型,分别采用Morison方程和绕射理论计算桩基、承台和围堰受到的波浪荷载,并分析了各群桩基础方案在波浪荷载作用下的受力性能;最后,通过比较不同设计方案的工程量及施工可行性,给出了较优的设计方案。研究结果表明:波浪荷载对跨海桥梁围堰设计及施工的影响尤为显著;承台高程提高后可以有效减小围堰承受的波浪荷载,降低施工难度与风险;承台高程提高后采用增大桩径的方法,可以有效改善基础受力性能,减少工程量,控制工程投资。     

基于波面分解的跨海桥梁下部结构波浪荷载计算方法

为建立波面与结构波浪荷载之间的直接联系,提出一种基于波面分解的桥梁下部结构波浪荷载计算方法。通过傅里叶变换将波面时程分解为有限个线性规则波的叠加,根据线性波浪理论,将每个规则波的水质点速度、加速度组合叠加,得到波面对应的水质点速度和加速度分布,最后利用Morison方程计算波浪荷载。通过与既有波浪理论、水槽试验和数值模拟结果进行对比,验证了方法的有效性和准确性。研究结果表明:(1)当波高不大时,本文方法得到的水平速度和加速度与波浪理论值吻合良好;(2)基于水槽试验的波面分解,本文方法结果与流速仪实测结果在时域与频域均吻合良好;(3)以一个圆柱桥墩为例,本文方法比数值模拟计算效率高,墩底剪力、弯矩的误差分别为3%、8%左右。     

填土和车载对桥墩桩稳定性的影响研究

在分析桥墩桩受力特征的基础上,应用极限平衡法和数值模拟方法,对填土荷载和汽车荷载作用下桥墩桩的稳定性进行了研究,分析了桥墩桩在复杂荷载下剪力和弯矩的变化及土体的变形特征,并对比分析了极限平衡法和数值模拟方法。得到以下结论:汽车荷载是影响桥墩桩稳定性的关键因素,在汽车荷载作用下桥墩桩的最大弯矩约为填土荷载作用下的10倍,剪力约为1.25倍,桥墩桩顶部地表变形约2.5倍;极限平衡法得到的结果较数值模拟方法偏安全,在相同的工况下,极限平衡法计算得到的最大弯矩约为数值模拟方法得到的最大弯矩的1.6倍,最大弯矩出现的位置相同,均为距离地表8 m处,而剪力值基本相当。     

大型跨海桥梁桩基强波浪动力响应特征研究

为得到跨海桥梁桩基础在波流荷载下的动力响应特征,以新建湄洲湾港口铁路支线综合标段罗屿特大桥为研究对象,运用有限元计算手段,建立了圆形桩-波浪-海床耦合模型,研究了线性波和椭圆余弦波作用下桩基础的位移、应力及位移频域响应。结果表明：线性波作用下,桩基础的位移和应力均呈规律性的周期变化,桩顶位置的位移响应峰值约海床面处的4.2倍,海床面位置的应力响应峰值约桩顶位置处的1.6倍,桩顶位移的主频集中在0.11 Hz,接近桩基础的固有频率;椭圆余弦波作用下,桩基础的位移呈随机变化规律,应力呈规律性的周期变化,桩顶位置的位移响应峰值约海床面处的5.5倍,海床面位置的应力响应峰值约桩顶位置处的1.7倍,桩顶位移的一阶主频为0.16 Hz,二阶主频为0.38 Hz。     

在风载作用下高桥墩的非线性分析

根据高桥墩的受力特点推导出其振动偏微分方程,用风荷载作为初扰动和强迫力,分析高桥墩的非线性自由振动和强迫振动情况,并与其线性振动进行比较.     

基于RANS的跨海桥梁高桩承台波浪作用数值模拟

极端波浪荷载给跨海桥梁带来了严峻的挑战,为了探究波浪对跨海桥梁高桩承台的冲击作用,基于雷诺时均Navier-Stokes方程(RANS)和k-ω湍流方程,建立波浪与高桩承台相互作用三维数值模型,采用流体体积法(VOF)捕捉自由液面,研究承台受到的水平及竖向波浪力时程特性、承台周围流场以及净空对波浪荷载的影响规律。研究结果表明:承台水平波浪力随着净空的减小而增大,水平正向波浪力大于水平负向波浪力;承台受到的竖向向上波浪力随着净空的增加先增大后减小,当净空为零时达到最大值。当净空大于零时,向上的波浪力大于向下的波浪力,而当净空小于零时,向上的波浪力小于向下的波浪力。     

大直径超长钻孔灌注桩承载特性试验研究

研究目的:分析大直径超长钻孔灌注桩在不同荷载条件下的桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力分布及发挥特性、桩端阻力发挥特性,掌握大直径超长钻孔灌注桩竖向受力机理及承载特性,为完善大直径超长钻孔灌注桩的设计方法提供借鉴和指导。研究结论:大直径超长钻孔灌注桩桩身轴力从桩顶到桩端逐渐衰减,其衰减的快慢反映了桩侧摩阻力作用的大小,并且桩身上部的摩阻力先于桩身下部摩阻力及桩端阻力优先发挥;此外,大直径超长钻孔灌注桩的桩端阻力通常较小,其桩顶荷载大部分由桩侧摩阻力承担,按桩的荷载传递机理分类通常属摩擦桩或端承式摩擦桩。     

铁路桥梁桩基础抗震性能拟静力试验研究

为了研究群桩基础在水平荷载作用下地基土及桩身进入非线性状态后桩身内力变化过程和应力分布规律,通过对群桩基础缩尺比例模型进行拟静力试验,分析研究桩基础的破坏机制、承载能力及桩身应力分布;采用M塑性铰模拟墩的弹塑性、PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性和日本规范中推荐的方法模拟土的非线性建立有限元模型,对群桩-承台-墩整体结构进行PUSHOVER分析。结果表明:(1)水平荷载作用下,各桩受力不均匀,外排桩的桩身应力大于内排桩的桩身应力;(2)高承台桩桩身最大应力点位于土面以下2~4倍桩径范围内。     

深厚软土桥梁桩基荷载传递特性及沉降控制效果研究

通过杭甬铁路客运专线柯桥特大桥单桩静载试验,桩身应变、桩身压缩量及桥墩沉降的测试,研究深厚软土地区桥梁桩基的荷载传递特性及沉降控制效果。结果表明:桩侧摩阻力先于桩端阻力发挥作用;尽管桩端置于强风化凝灰质砂岩上,但在试验荷载下2根超长试验桩的端承比均小于1.5%,桩的承载特性表现为摩擦桩的性质;单桩静载试验实测的桩身压缩量占桩顶沉降量的85%以上;桥墩浇筑完成后经过753d的沉降观测,2个试验墩实测沉降量分别为3.00和3.41mm,其中,无砟轨道铺设后300d的实测沉降分别为0.11和0.25mm,表明在深厚软土地区采用超长钻孔灌注桩控制桥梁基础沉降的效果显著。     

平潭海峡公铁两用大桥航道桥基础设计与施工创新技术

平潭海峡公铁两用大桥为国内第一座跨海峡公铁两用大桥,桥址海域风大、浪高、水深、流急、潮汐显著,且岩面倾斜起伏大、裸岩硬岩分布广,气象水文及地质条件均十分复杂,尤其是桥址海域波流力巨大,为桥梁下部结构设计和施工带来前所未有的困难。为解决风浪作用和通航船撞力作用,3座大跨度通航孔斜拉桥在基础设计和施工中采用多项创新技术,首次选用4.5 m的钻孔桩;为解决复杂海域大直径钻孔桩难题,研发了KTY5000型动力头钻机和相关配套的打桩设备;为克服波浪力作用,部分深水裸岩区域采用导管架辅助建立施工平台;为适应桥位独特的海洋环境,3座大跨度通航孔斜拉桥主塔墩承台均采用圆端哑铃形高桩承台,承台顶露出高潮位以上,承台施工采用集主体防撞结构与施工围堰一体的防撞箱围堰结构,永久结构与临时结构相结合,节约材料的同时降低了施工的安全风险性。其大型防撞箱围堰采用工厂整体制造、整体吊装、整体下放,实现模块化、标准化施工,哑铃形承台系梁范围采用无封底混凝土施工创新技术。     

昆山南站站房改造工程对既有高铁桥梁安全影响分析

结合昆山南高架站站房改造工程,通过ABAQUS软件建立有限元实体分析模型,研究新建结构物对邻近高铁桥梁桥墩、基础承载力、变形的影响。通过数值分析,得出以下结论:(1)昆山南站新增建筑结构建成后,既有高铁桥墩墩身承载力、局部应力仍满足规范要求;(2)新建桩基从施工到上部荷载加载过程中,对邻近高铁桥既有桩基的摩阻力、剪力和弯矩影响不大,对桩身轴力,上部荷载加载后则有明显增加。桥墩发生向新增建筑区域倾倒的变形趋势,但桥墩墩顶水平位移和竖向沉降的变化值不大于控制限值1 mm;(3)水泥搅拌桩对地基有加固作用,但其施工时会对桥梁桩基产生不利影响,应保证搅拌桩与桥墩桩基有一定安全距离。     

地基柔性效应对铁路连续梁桥弹塑性地震反应的影响

以某高速铁路大跨连续梁桥固定墩纵桥向的弹塑性地震反应为研究对象,建立考虑地基柔性约束效应的单墩动力计算模型,分析地基柔性效应对桥墩动力特性及弹塑性地震反应的影响规律。结果表明:地基比例系数m值的改变对桥墩的1阶自振频率影响较明显;随着地基比例系数m值的降低,墩顶位移及基底位移逐渐增加;地基越软,桥墩的弹塑性地震反应有增大的趋势。为了更加合理的描述桥墩的塑性状态,建议对软土场地桩基础钢筋混凝土桥墩进行延性抗震设计时,优选墩底曲率延性指标进行评价。     

桥梁抗震分析中动水压力的计算

用势流体单元模拟水体,采用数值分析方法计算分析地震动水压力。采用Morison方程法,以附加质量的形式考虑动水压力。运用两频段选波方法,选取美国Spitak(1988)和Imperial Valley(1979)2条地震波,进行深水桥墩地震响应分析,研究动水压力对深水桥墩地震响应的影响。结果表明:在地震作用下,动水压力显著增大桥墩的墩顶位移和墩底内力响应,且使地震响应峰值出现的时刻有所改变。在进行抗震设计时考虑动水压力的作用是非常必要的。通过对实际桥墩的分析,验证Morison方程法在深水桥墩地震响应分析中的有效性,说明按照我国现行铁路工程抗震设计规范中的计算方法得出的深水桥墩地震响应结果偏低。     

地铁区间隧道下穿既有桥梁的桩基托换研究

以深圳市地铁7号线黄木岗站区间隧道穿越华强立交桥桩基工程为背景,建立有限元模型,研究隧道下穿既有桥梁时桩梁式托换桩的主动托换和被动托换的荷载转化规律及桩基沉降规律。结果表明:被动托换的沉降主要由托换梁的挠曲变形引起,而主动托换时千斤顶的顶升作用可以有效抵消托换梁的挠曲变形;主动托换时,顶升位移为1.68 mm时为最佳截桩位置,此时截桩能有效减小托换工艺对桥梁上部结构影响;被动托换的总体施工前后桥墩柱顶面有较大隆起,不能满足桥面板平顺的要求。研究成果直接用于指导黄木岗站区间隧道现场施工,并可为今后类似工程提供参考。     

杭甬高铁桥墩基础偏移及纠偏处理

杭甬高铁宁波特大桥桥墩由于临近场地大量弃土堆载而发生线路横向偏移,本文通过线弹性地基反力法和数值分析方法对该桥墩基础的受力和变形进行了计算分析,比较了两种计算方法所得结果的差异,评估了基桩的长期使用性能。在此基础上,采用数值分析方法对土方卸载和高压旋喷桩联合加固条件下基桩的受力和变形进行了模拟分析,并通过纠偏后的桥墩实测位移分析了纠偏加固效果。     

边坡桥梁桩基大型振动台模型试验研究

通过大型振动台试验,研究地震荷载作用下某铁路线上一代表性的陡坡地段抗滑桩支护桥梁桩基结构体系的抗震性能。模型与原型按照尺寸相似比1:40进行模型试验相似设计。模型试验通过输入的正弦波和汶川波的测试结果分析边坡模型地震作用规律。结果发现:桥梁桩和抗滑桩桩间土压力呈三角形分布,抗滑桩后土压力呈"R"形分布;边坡对监测点加速度有放大效应;位移随地震荷载增加而增大。抗滑桩的各种响应强度均大于桥梁桩基,说明抗滑桩对桥梁桩基有很好的支护作用。试验研究为边坡抗滑桩-桥梁桩基新结构抗震设计奠定了良好的基础。     

长联大跨连续钢桁梁抗震型式研究

以黄大线黄河特大桥主桥(120+4×180+120)m下承式连续钢桁梁结构为实际工程背景,研究非线性黏滞阻尼器对该桥抗震性能的影响。利用Midas/civil建立空间有限元模型,选用适合桥址处场地等级及地震特性的3条地震波,采用非线性时程分析方法,检算在活动墩与主梁之间设置液体黏滞阻尼器装置和无阻尼器的不同抗震效果。结论表明在活动墩与主梁之间设置液体黏滞阻尼器装置,有效协调各活动墩在动力作用下的参与工作,降低固定主墩地震力,有效提高主桥的地震设防标准。