公路桥梁桩基础受竖向荷载桩侧土接触面损伤机理模型试验研究

我国公路桥梁建设规模巨大,桥梁基础的安全是公路桥梁安全运营的根本。钻孔灌注桩基础承载能力大、工艺成熟,是公路桥梁广泛采用的基础形式。为掌握公路桥梁桩基础受力过程安全与否,需要摸清桩基础受竖向荷载桩侧土接触面的损伤机理。首先构建桩土作用模型,在桩身任意深度处取一微分桩段由平衡条件建立桩土作用微分方程,通过大量桩基工程试桩试验和本研究进行的室内模型试验及相关研究成果给出公路桥梁钻孔灌注桩基τ-S关系曲线,开展理论分析研究了钻孔灌注桩基础受荷机理和桩土作用传递函数;然后进行桩土接触面损伤机理研究,建立了公路桥梁桩基础受竖向荷载桩侧土接触面损伤指数和损伤传递函数模型,为桩基础受竖向荷载损伤分析提供依据;再进行了25组桩-土接触面损伤模型试验,试验采用5种有代表性土样,每种土样分别模拟10,20,30,40,50 m深度工况,深入研究了公路桥梁桩基础受竖向荷载桩侧土接触面损伤机理。通过试验测试数据与本研究提出的桩土接触面损伤指数和损伤传递函数模型计算结果进行分析比较,验证了该模型的适用性和可靠性;最后对理论研究成果和模型试验研究成果进行分析,并得出初步结论供相关工程设计和研究人员参考。     

既有桥梁可靠度与安全使用寿命的综合评估

常用的桥梁技术状况评估方法以静力强度为主要指标,所得评估结论一般难以对既有桥梁的可靠度和安全使用寿命做出评估。将结构疲劳损伤的发展速率和构件的冗余度作为影响桥梁可靠度和安全使用寿命的主要指标,提出运用层次分析法(A H P)的基本原理,通过建立基于疲劳损伤评价方法的综合评价模型,评判既有桥梁技术状况。以禹门口公路黄河大桥吊索的综合评估为例,对该方法的实际应用予以说明。     

重载交通条件下榆佳高速公路汽车荷载研究

榆林至佳县高速公路是陕西省重要的能源运输大通道,重型汽车比例高,交通量大,应用现行规范公路—Ⅰ级汽车荷载进行设计难以满足目标可靠度要求。在对该区域进行交通量调查、研究的基础上,提出适应于该高速公路重载交通特点的桥梁荷载模型。该模型采用车列荷载模式,能直观反映作用于桥梁汽车轴重、总重、轴距等参数,方便桥梁的运营管理,且使桥梁在实际重载交通条件下的安全性和耐久性得到保证。该汽车荷载模型与公路—Ⅰ级的对比分析表明:若采用公路—Ⅰ级汽车荷载乘以放大系数的方法进行设计,会造成不必要的浪费,却未必起到控制设计的目的。采用该汽车荷载进行桥梁设计对总造价影响较小,却能提高公路通行能力。     

可提离式群桩基础桥梁滞回性能模型试验

为了研究可提离式群桩基础桥梁的抗震性能,设计和制作了大比例尺的可提离式群桩基础和普通群桩基础单墩桥梁试验模型。试验模型采用细砂土箱模拟桩周土体的约束作用,并对可提离节点进行改进设计,以防止局部破坏。采用位移控制分级往复加载,进行拟静力试验研究,对比2种不同基础桥梁的基本抗震性能。试验结果表明:可提离式桩的桩身损伤要远小于普通桩,改进后的可提离桩的节点未见明显损伤;可提离式群桩基础单墩桥梁模型的滞回曲线呈明显的旗帜形,表明结构主要为非线性弹性变形,而普通桩基础桥梁模型的滞回曲线为典型的梭形,表明结构主要为塑性变形;可提离式群桩基础发生提离后,承台位移由平动为主转为以转动为主,表明提离式基础主要依赖承台以上结构的整体转动来适应水平地震作用,进而减小基础的受力和损伤;可提离式桩基础桥梁的残余位移仅为相应普通桩工况的10%,表明其具有较好的自复位性能;基于割线刚度的刚度退化指标不适宜评估自恢复结构的刚度退化,建议采用重新加载至正常使用极限状态下的最不利荷载组合时的刚度指标。     

斜拉桥的船撞动力响应简化分析

准确的船掉桥数值模拟需要大量的计算资源和时间,建立桥梁船撞分析的简化碰撞力时程模型,并应用该模型进行斜拉桥群桩基础的船撞动力响应分析。与其他简化模型对比,该简化模型建立方便,群桩基础的动力响应与精细船桥碰撞模拟得到的结构响应较为接近,提高了计算效率,为以后船撞桥梁的简化动力分析提供了方便。     

损伤桥梁荷载横向分布的数值法研究

桥梁的横向分布状态,是评价桥梁状态的重要手段之一。然而针对损伤桥梁的荷载横向分布关系的研究,对桥梁的评估及加固技术具有非常重要的经济及社会意义。通过建立损伤桥梁的力学模型,分析梁体刚度的变化对桥梁荷载横向分布的影响,通过模拟分析力学模型,得到桥梁荷载横向分布的各内力值,并同试验结果进行对比分析,最后将所得的数值同各变量的理论数值进行对比,得出各变量的校验系数,进而得出该荷载等级下桥梁的工作状况系数,达到对该桥承载力和正常使用状态进行评估的目的。     

深水高桩基础桥梁船撞倒塌数值模拟

采用数值模拟方法对深水高桩基础桥梁船撞倒塌事故进行仿真模拟,建立了事故桥梁上、下部结构及船舶的精细化有限元模型,并将弹塑性损伤帽盖模型用于混凝土,弹塑性随动强化模型用于钢材及钢筋。模拟结果再现了被撞桥墩及全桥的倒塌过程,揭示桥梁结构连续倒塌的机理,证明数值模拟方法的有效性及弹塑性帽盖模型作为混凝土本构的合理性。     

公路混凝土梁板桥火灾损伤状况评定

近年来我国发生多起公路混凝土桥梁火灾事故,不仅对既有桥梁造成严重损坏,而且影响公路安全运营。现针对公路混凝土桥梁火灾后技术状况损伤,建立基于表观状况、材质状况、截面损伤和结构模态的混凝土梁板火灾损伤评价体系,采用半定性半定量方法建立火灾损伤评价标准;采用加权求和法和单一指标控制法确定梁板综合损伤评定和分类方法,并提出相应的处治对策,为合理处治火灾后混凝土桥梁提供科学依据。     

基于径向基网络的钢管混凝土拱桥安全性评价方法

以全桥安全性评价为总体目标,在以往桥梁安全性评价方法的基础上,引入人工神经网络理论,并结合层次分析法,提出了基于径向基网络的钢管混凝土拱桥安全性评价方法.从影响钢管混凝土拱桥安全性的承载能力、承重构件损伤以及外观损伤等3个主要方面进行考虑,分别建立RBF神经网络安全性评价模型,采用现场实测数据评价结果作为神经网络训练和检验样本,对神经网络进行学习训练,获取专家的经验知识和直觉思维,建立高度非线性的输入与输出的映射关系.通过仿真得到桥梁承载能力、承重构件损伤、外观损伤以及成桥状态下最终的安全性信息.以武汉市晴川桥为例进行工程实例分析,分析结果表明,该方法较好地反映了钢管混凝土拱桥结构的安全性状况.     

封底层混凝土对深水群桩抗震性能的影响

随着桥梁建设理论的不断完善和施工工艺的日渐成熟,大跨径特殊结构桥梁逐步成为跨海跨江主体结构的首选。鉴于复杂的深水地质环境及上部结构力学性能的要求,群桩基础被广泛的应用于大跨径深水桥梁基础结构设计当中。为满足深水群桩基础的抗震设计需求,本文建立刚度承台模型及弹塑性桩身模型,研究封底层混凝土对桥梁结构抗震性能的影响。研究结果表明:封底层混凝土将增加群桩基础的整体刚度,提高了桥梁抗震性能的安全储备。     

软弱地基上超长桩基础连续梁桥的地震反应

目前,对软弱地基上超长桩基础桥梁的抗震研究还较为缺乏。以建于软弱地基上的一座超长桩基础预应力混凝土连续梁桥为工程案例,建立了考虑桩—土相互作用及支座滑移的有限元计算模型,并采用时程分析方法,计算分析了该桥在E1和E2两级设防地震作用下的结构地震反应。结果表明:对软弱地基上超长桩基础连续梁桥,其在E2地震作用下可能出现板式橡胶支座滑移现象,设计需要仔细考虑主梁与桥台(或相邻联主梁)之间的缓冲设施或限位措施;此外,桥墩和桩基础在E2地震作用下所受的地震内力相对较小,一般不会出现承载力不足问题。     

基于贝叶斯网络的钢筋混凝土双曲拱桥技术状况综合评估及荷载试验研究

桥梁技术状况评定是衡量桥梁总体运营状况的重要依据。本文基于贝叶斯网络模型理论,在实际调查和样本统计基础上,建立了双曲拱桥技术状况评估的贝叶斯网络分析模型,运用贝叶斯网络概率计算软件,获得双曲拱桥评定标度概率,从而判定出双曲拱桥全桥技术状况评价等级;此外,对研究桥梁进行现场静载荷试验研究。无论是贝叶斯模型计算结果还是静载试验结果都表明,该桥存在严重影响桥梁使用功能,不能保证正常使用。     

连续刚构桥损伤计算模型分析与加固方案研究

为了确定连续刚构桥损伤有限元计算模型和有针对性地采取加固对策,保证达到桥梁加固设计目标,消除桥梁现有病害,通过建立考虑不同损失的有限元模型进行计算,并将计算结果与桥梁现状病害情况进行匹配,确定了桥梁损伤有限元模型。根据桥梁病害和损伤模型,制订了相应的加固目标,并对加固设计方案进行了研究,最后通过对比分析对加固效果进行了评价。     

基于熵值法加权灰靶理论的空心板桥结构状况评价

选择6种荷载试验参数指标建立基于熵值法加权灰靶理论的预应力砼空心板桥结构状况评价模型,根据8座预应力砼空心板桥的荷载试验数据对桥梁结构状况进行评价。结果表明,评价模型的分析结果与按《城市桥梁养护技术规范》评价的结果基本吻合;由熵值法计算所得参数指标权重反映6种荷载试验参数指标对桥梁结构工作状况评价影响的相对大小,但由于样本数据差异、评价因素的灰性,该影响不具绝对性。     

基于WIM实测数据的北京市松山大桥重载交通车辆荷载模型

利用WIM动态称重系统，得到北京市松山大桥实际通行车辆的车辆荷载特征参数，经统计分析得到特征值，对其概率密度函数进行了拟合，建立了适用于本地区的重载交通车辆荷载模型，并与河北省和福建省的重载交通车辆荷载模型进行了对比。在此基础上，采用有限元模拟方法对建立的重载交通车辆荷载模型与现行规范进行荷载效应对比，分析结果表明，采用规范中公路—Ⅱ级汽车荷载设计的桥梁存在安全隐患；公路—Ⅰ级汽车荷载取值总体较为保守，但对于大跨径桥梁仍有不足，需要结合实际情况需要进一步研究。重车荷载对桥梁支座处剪力的影响较为明显，在桥梁设计与维护时应重点考虑。本研究成果可为北京地区的公路桥梁设计和结构损伤检验提供参考和建议。     

过火混凝土桥梁评价方法及耐久性损伤评估模型

针对目前桥梁火灾的频发现象和灾后桥梁的服役功能,研究了桥梁火灾特点与破坏特征。基于火灾场不同材料、不同力学参数对温度的损伤敏感度和结构不同部位的损伤对结构性能的影响程度,建立不同部位损伤权重系数,通过调节权重向量确定损伤敏感因子和最不利位置,提出了桥梁火灾后网分评价方法和混凝土桥梁火灾后抗力耐久性损伤评估模型。并利用有限程序对相关实例进行数值分析,对其耐久性进行了评定。结果表明:耐久性评估模型准确可靠,所得数据明确;网分评价法可对火灾后桥梁结构进行安全评价,也可对重大结构进行长期健康监测。     

桩基础桥梁非线性地震反应分析模型及试验研究

为研究强震下桩基础桥梁的非线性地震反应滞回规律,综合考虑桩侧土水平向仅受压非线性与竖向的摩擦作用以及桩尖土的非线性压入与提离作用,提出了桩基础桥梁的非线性地震反应分析模型,并通过单墩桩基础桥梁模型的拟静力加载试验验证了改进模型的合理性。以某客运专线跨度为32m的双线简支梁重力式桥墩为背景,根据不同构件的非线性建立了4种模型,利用非线性时程反应分析方法对4种模型进行分析。结果表明,承台底剪力~水平位移、承台底弯矩~转角呈纺锤状滞回规律,地基土的仅受压非线性特性对地震反应结果影响较大,建议桩基础桥梁在进行非线性地震反应分析时考虑地基土的影响。     

桥梁缺损状况分级的灰色聚类法

考虑到灰色聚类指标的重要程度不同,通过引入层次分析法确定的指标权重对灰色聚类分析进行了改进,提出了定权灰色聚类分析方法.运用该方法,依据<公路养护技术规范>选取桥梁分部构件评价指标,建立桥梁缺损状况评价模型,对路网中多种类型桥梁进行评价分级.通过实例分析证明了该方法的简便性与实用性.     

桥梁缺损状况分级的灰色聚类法

考虑到灰色聚类指标的重要程度不同,通过引入层次分析法确定的指标权重对灰色聚类分析进行了改进,提出了定权灰色聚类分析方法.运用该方法,依据〈公路养护技术规范〉选取桥梁分部构件评价指标,建立桥梁缺损状况评价模型,对路网中多种类型桥梁进行评价分级.通过实例分析证明了该方法的简便性与实用性.     

基于层次分析法和模糊评判的预应力混凝土桥梁承载力评估

针对预应力混凝土桥梁的特点建立承载能力评判结构模型,对桥梁各部件的材料损伤程度进行模糊分级,利用层次分析法确定各层权重,进而通过模糊综合评判确定在役桥梁的承载能力状况。该评定方法能够较好地反映在役预应力混凝土桥梁的承载力状态,改进了承载能力评判结构模型,优化了旧桥承载能力综合评估,本文通过工程实例分析对此进行了很好的验证。