桥梁墩顶位移限值研究综述及个例分析

桥梁墩顶位移是桥梁安全的重要参数之一,对其进行深入研究十分必要。目前国内外各类规范对桥墩位移的限值规定不尽相同,也不够全面,为此对相关规范进行了深入细致的比较分析。结合某高速公路高架桥与海堤叠交段桥墩容许位移进行了探讨,参考国内外相关规范以及文献,对桥梁墩顶位移限值进行计算,并对不同规范的计算值进行比较分析。对桥梁墩顶位移限值的讨论与分析可为类似工程方案设计、施工工序选择以及工后监测提供重要参考。     

强震下大跨度连续梁桥损伤分析

连续梁桥结构常因地震发生损伤甚至倒塌而失去交通作用,研究强震下大跨度连续梁桥的损伤破坏机制对提高桥梁抗倒塌性能具有重要意义.基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,考虑桥墩材料非线性、损伤过程大变形非线性以及梁端非线性碰撞,建立大跨度连续梁桥在强震作用下的损伤三维数值模型,进行非线性分析,直观模拟大跨度连续梁桥在强震作用下的损伤破坏过程,从连续梁桥的应变与位移响应、桥墩损伤和梁-台间碰撞作用等方面分析了大跨度连续梁桥的地震损伤情况.研究结果表明：单向地震动输入与双向地震动输入作用下破坏模式基本一致,破坏模式由桥梁结构本身决定,地震动输入方式影响较小;大跨度连续梁桥的地震损伤是逐渐发展的过程,桥墩混凝土损伤因子不断累积达到0.99,固定墩底部发生受弯塑性破坏,桥梁发生损伤破坏.     

矩形混凝土空心墩延性抗震性能试验研究

为深入认识混凝土空心墩地震损伤机理并评估其延性能力,对不同剪跨比、纵筋率及配箍率的方形和矩形空心墩试件开展拟静力加载试验. 观测各墩裂缝分布和损伤情况,分析桥墩的滞回性能、曲率及位移延性,并结合文献试验数据探讨既有塑性铰公式对空心墩顶部位移能力计算的适用性. 研究结果表明:各空心墩试件呈弯曲破坏特征,延性系数均在5.0以上,抗震性能良好;相同剪跨比下空心墩抗剪性能弱于相同外尺寸实心墩;增加纵向率能够适当提升空心墩侧向承载力和极限位移;在低轴压比下,纵筋率和箍筋用量对空心墩位移延性系数的影响规律不明显;空心墩塑性铰长度随剪跨比、纵筋强度或直径、轴压比的增加而提高,随混凝土强度的增加而降低,而配箍率的影响不显著;Mander、孙治国和JRA塑性铰模型预测值与试验值误差不超过5%,其中Mander公式计算效果最佳,可用于评估空心墩等效塑性铰长度;规范中较多采用的Paulay-Priestley模型高估了空心墩塑性铰长度,会使得桥墩抗震设计偏于不安全.      

桥上单元板式无砟轨道无缝线路的适应性

为研究适应连续梁桥上单元板式无砟轨道的最大温度跨度,采用有限元方法建立了线-板-桥-墩一体化计算模型,分析了在不同轨温变化幅度下,桥梁伸缩、墩顶水平位移及列车制动荷载对桥上单元板式无砟轨道无缝线路温度跨度限值的影响.研究结果表明:温度跨度限值随轨温变化幅度的增加而降低;为保证钢轨强度、横向压弯变形及钢轨与轨道板相对位移等满足要求,当考虑桥梁伸缩时,以轨温变化40 ℃为例,其适应的温度跨度限值为271 m;随着墩顶水平位移的增加,桥梁温度跨度限值显著降低,当墩顶位移为30 mm时,温度跨度为237 m,当高墩桥梁墩顶位移超过30 mm时,应结合实际墩顶位移计算温度跨度限值;制动荷载下线路坡度对温度跨度限值影响较小,当线路坡度为20‰时,桥梁温度跨度限值为258 m.      

关于山区桥梁地震损伤评价

以震区预应力混凝土连续梁桥为例,根据地震时程荷载的工程状况,分析两种支架下墩底弯矩、墩底剪力、桩顶弯矩、桩顶剪力、梁端位移的实际差别,对板式橡胶支座和铅芯橡胶支座的山区桥梁进行损伤评估,得出两种支架减震隔震的实际效果。经研究发现,两种支座在桥墩侧移角、混凝土的压变系数、曲率延性系数以及钢筋的最大拉应变等地震反应方面的作用相近,但是铅芯橡胶支座在控制墩梁的相对残留位置方面作用显著,有利于震后交通的维持。     

冰流撞击作用下高速铁路桥梁振动抑制研究

为了探明调谐质量阻尼器(TMD)对冰击荷载作用下桥梁振动的抑制效果.以桥梁横向位移方差为减振评价指标,基于传递函数法、动能理论和模态分析法,确定了TMD的最优刚度、阻尼和最佳安装位置;采用有限元法建立了流冰-桥墩撞击模型,计算获得了流冰撞击力;通过分析不同质量比TMD下桥梁结构的动力学响应,研究了TMD对流冰撞击下桥梁的振动抑制特性.结果表明:采用有限元法计算的流冰撞击力峰值与规范计算结果基本吻合;流冰撞击桥墩引起的桥梁跨中和墩顶横向位移主频与桥梁二阶横向模态接近,TMD的最佳安装位置为墩顶处;TMD对冰击荷载作用下桥梁跨中和墩顶横向位移有较大的抑制作用,且对桥梁横向振动加速度也有一定的减振效果.     

高速列车引起的深水桥墩流固耦合的振动分析

为研究水体对桥墩结构振动特性的影响,以ANSYS为计算平台,建立了桥墩-水流固耦合有限元模型,计算了不同几何尺寸和淹没比情况下桥墩的自振频率,分析了桥墩在高速列车作用下,不同水深对其振动特性的影响。分析后得出结论：当水体深度小于墩高50%时,桥墩的自振频率降低不明显;当水体高度大于墩高50%时,桥墩自振频率出现明显降低。高速列车作用下,桥墩墩顶纵向位移出现极值的时间,随淹没比的增加向后推迟;桥墩墩顶纵向加速度随淹没比的增加而增加。因此,高速列车作用下,水体对于涉水铁路桥梁桥墩的自振与动力振动特性有着明显的影响,且这种影响不可忽视。     

基于混凝土损伤塑性本构模型的桥墩仿真分析

由于花瓶墩的体型巨大且几何构型不规则,采用一般的杆系单元方法只能近似分析其力学性能。利用ABAQUS的三维实体单元,分析该墩在组合工况作用下的三维应力分布情况,建立钢筋混凝土损伤塑性本构,计算桥墩混凝土开裂区的钢筋应力,分析混凝土裂缝的分布情况。与杆系单元相比,考虑混凝土损伤塑性本构关系的实体有限元仿真,更能直观精确地显示出非规则性结构的受力及细部裂缝的空间分布情况。     

山区桥墩的泥石流冲击响应研究

为研究泥石流中的块石与桥墩碰撞后的动力响应特性,基于有限元动态接触方法,对三维实体桥墩模型在泥石流作用时的动态响应进行详细研究。研究表明:流体作用下,块石对桥墩的冲击作用不容忽视;墩顶位移随流体流速、压力增大而不断增大;在山区桥墩设计时,应考虑桥墩在偶遇泥石流下的桥墩的抗冲击能力与墩顶上部的变形能力。     

材料强度与名义弹性模量退化对桥梁结构抗震性能影响的分析和比较

钢筋混凝土桥梁服役期间,混凝土与钢筋材料会不可避免地产生劣化,两种材料的劣化都会对结构的抗震性能造成影响。使用地震作用下结构位移响应的大小来评价结构劣化后的抗震性能,依据不同性能水准下的目标位移,通过有限元分析软件Open Sees建立桥梁墩柱模型,分别改变材料的参数设置,利用Pushover方法分析结构在地震作用下墩顶位移的响应,结果表明:随材料性能的劣化,在地震力作用下,墩顶位移响应逐步增大,遭遇罕遇地震时,相比于材料弹性模量,材料强度对结构抗震性能的影响较大;相对于混凝土材料,钢筋材料的劣化对结构抗震性能的影响更为显著。     

高速铁路简支梁桥墩顶纵向刚度差研究

为研究高速铁路多跨简支梁桥墩顶纵向刚度差对梁轨相互作用的影响规律,以合福客运专线段某多跨简支梁桥为例,建立考虑温度、活载、列车制动等荷载作用的16-32 m简支梁桥-双线轨道系统仿真模型,分析了复杂地形地质条件导致的墩顶纵向刚度差异对多跨简支梁-轨道系统受力特性的影响,采用荷载步法考虑多种荷载工况组合,基于国内外现行规范,对不同刚度差条件下系统的受力和变形情况进行评判,从梁轨相互作用角度探讨墩顶纵向刚度差限值的取值方法及建议。得到的主要结论包括:当墩顶纵向刚度满足规范建议刚度限值时,随着墩顶纵向刚度差的增大,钢轨应力、梁轨相对位移、墩顶水平位移等指标略有变化,但均不控制设计;当墩顶纵向刚度差异达100%时,刚度较大墩墩顶水平力快速增大,将导致桥墩设计困难。     

深水桥墩在地震作用下的动力响应分析

针对在地震作用下处于深水中的桥墩受到较大的的动力影响,导致结构产生较大的变形和应力,对整个桥梁的安全性造成严重的破坏。重点分析了以有限元理论为基础的数值分析法,并结合某桥的桥墩实例,利用ANSYS有限元软件建立模型,输入调整后的Taft地震波,采用时程分析方法对其进行地震反应分析。计算数据表明：有水工况下墩顶的位移和桩底应力较无水时均有明显的增加,最大位移和最大应力也发生在考虑水的作用下的工况下。在地震作用的作用下,深水桥墩的内力和位移时程图的衰减速度也要慢于无水时的工况,水对桥墩的动力响应起着不良作用。     

桥墩温度梯度对桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道纵向力的影响

针对桥墩温度梯度引起的桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向附加力与变形, 以梁-板-轨相互作用原理和有限元法为基础, 建立了多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型, 详细考虑了钢轨、轨道板、CA砂浆、底座板及桥梁等主要结构和细部结构的空间尺寸与力学属性; 采用单位荷载法计算了桥墩纵向温差作用引起的墩顶纵向位移, 分析了墩顶位移影响下桥上无砟轨道无缝线路纵向力与位移的分布规律。分析结果表明: 当各墩顶发生均匀位移时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力分布规律及其最大值一致, 且随着墩顶均匀位移的增加而线性增大, 轨板相对位移峰值均出现在两侧桥台、台后锚固结构末端以及第2跨和最后一跨固定支座墩顶处; 当墩顶均匀位移为5 mm时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上钢轨最大纵向力分别为79.62和79.54 kN, 最大纵向位移分别为4.94和4.91 mm, 轨板最大相对位移均为0.23 mm; 当各墩顶发生不均匀位移时, 钢轨纵向力及轨板相对位移均在邻墩位移存在差异处发生突变, 多跨简支梁桥上固结机构纵向受力大于大跨连续梁桥; 对于高墩桥梁, 需重点关注相邻墩身高差最大处的轨板相对位移、底座板与桥梁相对位移及固结机构的纵向受力。      

高铁预应力混凝土连续梁顶升更换支座模拟分析

高速铁路桥梁建设发展迅速,随之而产生的桥梁支座更换工作也越来越多。桥梁支座更换最常用的方法是梁体顶升法,施工时必须对梁体结构的变形及应力状态进行控制。主要阐述了桥梁支座更换方案及梁体顶升过程的模拟分析,给出了三跨连续梁不同墩顶竖向位移对梁体线形及内力的影响,从而根据规范要求,确定顶升的位移控制限值及对应梁体混凝土应力限值,并作为施工的依据,施工监测数据与结构分析数据取得一致,保证了支座更换的顺利完成。     

非正交水平荷载作用下局部锈蚀RC矩形墩抗震性能研究

针对锈蚀钢筋混凝土(RC)桥墩,采用OpenSees软件结合已有实验数据,建立其有限元数值模型并加以检验,据此通过拟静力加载和动力时程分析,探究不同锈蚀位置和非正交加载角度对其抗震性能的影响,结果发现:锈蚀位置靠近墩底塑性铰区域,抗震性能退化显著;锈蚀位置上移后抗震性能退化迅速减弱;拟静力作用下,随着加载角度趋向强轴,RC桥墩的屈服荷载和最大侧向荷载明显提高,延性增大,滞回耗能能力显著增强.反之,加载角度偏近弱轴,最大侧向荷载和位移延性系数则受锈蚀影响明显,退化加剧;地震动作用下,墩底位置发生锈蚀时,墩顶最大位移角最大,墩底最大剪力和弯矩最小,随锈蚀位置上升,最大位移角减小,抗弯和抗剪强度提升;地震动输入角度由弱轴偏向强轴时,墩顶最大位移角减小,墩底最大剪力和弯矩增大,其中抗弯强度的提升幅度比抗剪强度大.研究结果可对在役锈蚀RC桥墩的抗震性能评估提供理论依据.     

晋蒙黄河大桥引桥横向地震位移分析

求解双柱、多柱墩横桥向地震容许位移时,目前规范推荐的方法是依据截面的塑性铰特性采用Pushover分析法得到。而塑性铰特性与截面承受轴力相关,现行规范并未明确轴力如何取值。笔者认为《城市桥梁抗震设计规范》中求取超强弯矩时确定轴力的方法既易于理解又较为合理,在求取塑性铰特性时可以参照此方法。结合工程实例,利用Midas软件建立有限元分析模型,进行E2地震作用下三柱式桥墩横向Pushover分析并验算了桥墩的横向位移。     

双柱式桥墩刚度对桥梁地震响应分析

为研究桥墩刚度对高墩桥梁抗震性能的影响,以带溪高架桥为研究背景,利用midas-civil选波工具选取合适地震波,建立了一致激励地震作用下的连续梁桥,并考虑P-Δ效应和非线性的影响,分析桥墩高度、桥墩截面尺寸及形式对桥梁抗震影响。通过改变墩径（墩径由1.2 m变化至2.4 m）抗震分析表明双柱墩直径对墩顶位移影响效果并不明显,墩径过大会导致桥墩内力较大;对不同墩高（墩高由20 m变化至50 m）地震响应分析表明墩高对墩顶位移起到控制作用,但墩高变化对桥墩所受轴力影响不大;由于P-Δ效应和约束影响,全桥为中间高墩、两边矮墩时具有较小的地震响应;在墩高为30 m情况下,相对于薄壁墩和实体墩,双柱式墩具有较好的抗震性能。     

海上双肢墩连续刚构桥抗震性能分析

双肢墩是连续刚构桥梁常见的一种桥墩形式。以某海上连续刚构桥工程实例,通过有限元建模计算,对比桥墩取不同尺寸、是否设置系梁等不同情况下的地震响应,对海上双肢墩连续刚构桥桥墩及高桩承台基础在罕遇地震作用下的抗震性能进行分析。结果表明,双肢墩设系梁可以减小桥墩塑性转角、墩梁相对位移,并且基础受力优于增加双肢墩壁厚的情况。     

基于IDA的钢筋混凝土桥墩随机地震响应概率特征分析

选取56条ⅡI类场地近场地震波,采用IDA分析方法,对3个不同墩高的混凝土桥墩进行分析.以桥墩的墩顶位移响应为研究目标进概率特征统计,得出以下结论:对于低周期桥墩,墩顶位移响应及地震波峰值加速度在取双对数的情况下,对于每个地震波峰值加速度,位移响应的对数近似可以看成正态分布,且位移响应对数的均值与地震波峰值加速度的对数呈线性关系,其方差随着地震波峰值加速度的增加呈增大趋势,但并非线性关系.同时,墩的高度也是影响墩顶位移响应离散性的因素之一,墩的高度越大,墩顶位移的离散性也越大.     

铁路实体桥墩横向振动规律

我国铁路桥梁检定规范中,以墩顶横向振幅作为桥墩横向刚度的控制指标,但计算公式中所考虑的影响因素不是很全面,不能很好地反映桥墩横向振动的规律.本文针对铁路实体墩进行了大量的统计分析,以墩顶横向振幅最敏感的综合指标为变量,从试验和理论两方面研究了铁路实体桥墩横向振动的内在规律,并将实测值和理论值与＂检规＂通常值进行了比较.研究表明,仅与桥墩尺寸有关的＂检规＂通常值未能反映梁墩体系共同振动的特性,墩顶横向振幅的限值应与梁墩体系的结构特性有关,在后续研究中应制定更合理的桥墩横向刚度检定标准.