正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板抗弯性能分析

为探讨不同类型加劲肋构造对正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板抗弯性能的影响,通过试验和数值模拟方法分析比较了平钢板-混凝土连续组合桥面板(SCCCDs)、带一字肋的正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板(OSCCCDs)和带U形加劲肋的正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板(USCCCDs)等3种组合桥面板抗弯性能的异同点,研究了加劲肋数量、加劲肋厚度、钢板厚度、混凝土厚度、配筋率和PBL剪力连接件间距等参数对抗弯性能的影响.结果表明,3种类型钢板-混凝土连续组合桥面板的抗弯刚度和极限承载能力存在显著差异.相比于SCCCDs, OSCCCDs和USCCCDs的极限荷载分别提高了23.1%和74.5%.混凝土板厚度对连续组合桥面板的抗弯性能影响最大,对抗弯刚度和极限承载力的影响率分别为15.70%和22.44%.

钙质砂介质中爆炸波传播规律的试验研究

开展了一系列钙质砂和石英砂的地面爆炸试验,主要对比分析了两种砂土介质中爆炸波的传播规律,包括峰值压力、弹塑性波速及升压时间、爆坑尺寸等。试验结果表明,爆炸波在钙质砂中的传播与在石英砂中存在较大差异:地面爆炸作用下钙质砂爆坑较石英砂爆坑的直径和深度更小,且成坑形状为两阶同心圆;钙质砂中弹性波速为236~300 m/s,石英砂中弹性波速为218~337 m/s,弹性波速和塑性波速均随炸药质量增加而增大;爆炸波在钙质砂中的升压时间随比例距离的增加而增加,而在石英砂中升压时间随比例距离变化不明显,且较钙质砂中升压更迅速;在地面爆炸作用下,低含水率钙质砂的衰减系数为2.86,石英砂为2.79。

正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区抗弯性能分析

为探究正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区的抗弯性能,对3块正交异性钢-混凝土组合板进行了抗弯静载试验和非线性数值分析,研究了不同因素对混凝土负弯矩开裂荷载和组合板整体抗弯极限承载力的影响.结果表明:正交异性钢-混凝土组合板呈现典型的弯曲破坏形态;当钢纤维体积分数为1%时,钢-混凝土组合板开裂弯矩的提升率最大,但钢纤维体积分数的改变对整体抗弯极限承载力影响较小;正交异性钢-混凝土组合板的开裂弯矩与正交异性钢板强度无关,极限弯矩则随钢板强度的增加而增大;增加混凝土板厚能提高组合板开裂弯矩和极限弯矩,当混凝土板厚度与正交异性钢板高度比值为0.8时,开裂弯矩的提升率最大.

整体式桥台H形钢桩基受力性能试验研究

为研究温度或地震荷载作用下H形钢桩基的受力性能,分别开展了平衡与非平衡土压力状态下H形钢桩基土相互作用拟静力试验研究,对比分析了整体桥H形钢桩基桩侧土抗力、桩身应变和弯矩等.结果表明,不平衡土压力会对正向加载下的桩基受力性能产生显著影响,但对负向加载下的影响不大.桥台H形钢桩(AHP)试件和台后不平衡土压力下H形钢桩(UHP)试件正向加载时的桩侧土抗力、桩身应变和弯矩显著大于负向加载,而平衡土压力状态下的H形钢桩(HP)试件正向与负向加载时的桩侧土抗力、桩身应变和弯矩基本一致.AHP试件的桩侧土抗力、桩身应变和弯矩最大,UHP试件次之,HP试件最小,故AHP试件更快进入弹塑性状态.

水平低周往复位移下单桩-土相互作用试验研究

整体式桥台无伸缩缝桥梁(以下简称整体桥)桩基应设计为柔性桩,以保证较好的抗水平变形能力。但是,我国相关规范中判别柔性桩的算法主要应用于单向水平受荷桩,可否沿用至整体桥桩基还有待验证。为此,根据一种特殊设计的桩身变形测量方法,对3根埋深不同的混凝土模型桩进行了低周水平往复位移下的拟静力试验,研究单桩-土体系的抗震性能和相互作用机制。研究表明,水平往复位移下混凝土桩在埋深为3D^6D(D为桩径)范围内开裂;桩的埋深越大,桩身挠曲程度越大、变形特征点位置也越深、桩-土体系的抗弯刚度也越大、水平极限承载力也越高、抗震性能也越强。研究还表明,桩-土体系进入弹塑性阶段后,柔性桩的水平工作性状将逐渐向刚性桩退化。另外,在判别整体桥桩基的水平工作性状时,我国相关规范中的规定偏不安全。实际工程中,建议以Broms方法进行参考计算。

不平衡土压力对整体式桥台-H型钢桩-土体系力学性能影响试验

为研究不平衡土压力对整体式桥台-H型钢桩-土体系力学性能的影响,在已开展的不平衡土压力下整体式桥台-H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究基础上,进一步开展了更大不平衡土压力(台后土表面均布荷载增大了3.81 kPa)下整体式桥台-H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究,对比分析了更大不平衡土压力对桩身水平变形、桩侧土压力、应变和弯矩等方面的影响。结果表明:在试验条件下,更大不平衡土压力对桩身水平变形、土抗力、应变和弯矩的分布规律无影响;正向加载时,更大不平衡土压力使得桩身累积变形的位置更深,桩侧最大土抗力和桩身弯矩增大;负向加载时,更大不平衡土压力也使得桩身累积变形的位置更深和弯矩增大;正向加载时,更大不平衡土压力使得累积变形减小,负向加载时则相反;正向加载时LAHP模型的桩侧土抗力、应变和弯矩显著大于负向加载时的,正向加载时的最大桩侧土抗力和弯矩分别为负向加载时的2.2倍和2.1倍。

整体桥预应力桩-土相互作用试验

为探究整体式桥台无缝桥(简称整体桥)预应力混凝土桩吸纳上部结构变形的能力,对3根不同预应力的缩尺模型桩PC-1~PC-3进行了拟静力试验。利用布设于桩身表面的土压力计、位移计、应变片等,研究了预应力混凝土桩的破坏模式和变形规律,并与埋深不同且未施加预应力的混凝土桩对比,进一步说明预应力对柔性桩变形能力的影响;通过与普通混凝土桩的对比,以临界荷载、屈服荷载、峰值荷载为评价指标,分析了预应力对试验桩强度和变形的影响。结果表明:随着预应力度的增大,模型桩的破坏形态由多条裂缝向1条主要裂缝转变;PC-2和PC-3主要裂缝出现位置分别较PC-1沿埋深方向增大0.4倍和0.6倍桩径,说明预应力度的提高增大了桩-土相互作用区域,且效果较增大桩基埋深更为显著;随着位移荷载的增加,PC-1的桩身拉、压应变分布率先出现不对称,而PC-2和PC-3在更大位移荷载时仍保持对称,通过与不同埋深未施加预应力的混凝土桩对比发现,相较于增大桩基埋深,施加预应力可以更为显著地提高桩基的弹性工作范围及桩身的整体性和抗开裂能力;通过分析比较模型桩的桩身承载比可知,提高预应力度可改善桩身受力性能,并可更充分发挥桩周土的承载能力;PC-2,PC-3的正向临界荷载、屈服荷载以及峰值荷载相较于PC-1均有提高,屈服荷载分别较PC-1提高了17.8%和42.3%,说明预应力度可以增大混凝土桩的弹性工作范围,提高变形能力;PC-1的等效刚度退化速率较PC-2,PC-3更快,说明施加预应力可减缓混凝土桩的刚度退化;与PHC管桩等效刚度理论计算值对比发现,PHC管桩理论计算值偏安全,可应用于PC桩的等效刚度计算。

非对称条件下整体桥H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究

为研究不平衡土压力和非一致加载对整体桥H型钢桩基受力性能的影响,本文分别开展了完全对称条件下(土压力平衡和加载一致)、仅土压力不平衡(加载一致)和完全不对称条件下(土压力不平衡和加载不一致)H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究,分析对比了桩身水平变形、桩侧土抗力、桩身应变和弯矩等.研究结果表明:完全不对称条件下,正负向加载时桩身水平变形存在显著差异.另外,正向加载时的桩侧土抗力和桩身弯矩显著大于负向加载时的.不平衡土压力或非一致加载对桩身水平变形、桩侧土抗力和桩身弯矩产生显著的影响.其中,不平衡土压力使桩基产生朝负向的累积变形,并增大桩侧土抗力和桩身弯矩.正向非一致加载使桩身水平变形减小,但会增大桩侧土抗力和桩身弯矩;负向非一致加载使桩身水平变形、桩侧土抗力和桩身弯矩均减小.

整体桥扩孔微型桩-土相互作用拟静力试验

为研究不同扩孔参数对整体桥扩孔微型桩受力性能的影响,以扩孔微型桩为研究对象,通过单向循环位移荷载进行控制,进行5根不同扩孔参数下微型桩的拟静力试验研究;同时对微型桩的桩顶位移-荷载曲线、弯矩分布、桩身位移和土抗力等进行分析.结果表明:扩孔内填料刚度越小,微型桩变形能力越好,在3.0D^6.0D(D为桩径)埋深范围内,其土抗力也越小,且对于桩身位移影响也较小,但桩身弯矩增大;相比于浅扩孔,深扩孔的微型桩承载能力小,但变形能力好和桩身弯矩较大;扩孔孔径越大,桩身土抗力越小,桩身弯矩越大,且对桩身侧向位移影响较大;扩孔深度和扩孔孔径一般控制在3倍桩径时可有效提高微型桩的变形能力.

整体式桥台-混凝土桩-土相互作用拟静力试验

由于整体式桥台无缝桥(以下简称整体桥)具有诸多优点,因而在欧美等国得到广泛应用。不过,整体桥结构的特殊性会引起复杂的结构-土相互作用。为了适应整体桥上部结构的纵向变形,国外多采用H型钢桩,而我国以混凝土桩(RC桩)为主。大量研究及工程实例表明,采用RC桩能够满足整体桥变形要求,但台后土对RC桩内力的影响尚不明确。为此,选取国内某整体桥为背景,以RC桩的配筋率及截面形状为设计参数制作了4个整体式桥台-RC桩试验模型,对其开展整体式桥台-RC桩-土相互作用低周往复荷载拟静力试验研究,主要研究了整体式桥台-RC桩-土体系的破坏形态、滞回耗能性能、水平变形规律和相互作用机制等。试验研究表明,往复位移加载下台后填土会出现脱空现象,试件破坏位置主要集中于桥台底部与桩顶连接头处及其下部一定埋深范围内,增大RC桩配筋率或采用矩形截面RC桩可使破坏位置下移,改善其受力性能。整体式桥台-RC桩-土体系的滞回曲线在第一象限较为饱满,表现出较好的耗能能力,而第三象限滞回曲线包裹面积较小。增大RC桩的配筋率或采用矩形截面RC桩可增大整体式桥台-RC桩-土体系的耗能能力与承载力,并可增大RC桩的弹性开裂位移,使其更晚屈服和破坏,同时其刚度退化速率和退化幅度也可显著减小。试验研究还表明,当加载位移超过弹性极限位移时,整体桥混凝土桩基的水平变形会出现明显的累积现象。同时,桥台与桩身连接头的相对转角随着损坏程度的增加而增大。提高RC桩配筋率或采用矩形截面RC桩后,桥台与桩身连接头的破坏明显减轻,累积变形显著减小。

考虑台后不平衡土压力下整体桥H型钢桩基-土相互作用内力计算方法

在台后填土作用下整体式桥台-H型钢桩-土相互作用和大不平衡土压力下(台后土表面均布荷载增大了3.81 kPa)整体式桥台-H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究的基础上,提出了考虑台后不平衡土压力下整体桥桩基-土相互作用的内力计算方法,计算了整体桥台底弯矩和剪力以及桩身弯矩和剪力,并与现有的台后土压力理论和桥梁规范的计算值进行比较。结果表明:正向加载时,采用现有的台后土压力理论和桥梁规范计算得到的台底弯矩和剪力以及桩身弯矩和剪力均与试验结果存在较大偏差;采用黄-林法可较准确地计算AHP模型的台底弯矩和剪力以及桩身弯矩和剪力;对于LAHP模型,试验值均与各理论计算值相差较大;正向加载时,随着位移荷载的增加,AHP和LAHP模型的台底和桩身弯矩均逐渐增大;台后堆载(大不平衡土压力)对整体桥台底剪力和弯矩以及桩身的剪力和弯矩产生较大的影响,LAHP模型的台底和桩身弯矩整体上均大于AHP模型的,而LAHP模型的台底剪力小于AHP模型的,桩身剪力大于AHP模型的。

整体桥台后大不平衡土压力计算方法研究

为研究车辆重载等引起的台后大不平衡土压力的变化,通过开展有、无考虑台后大不平衡土压力影响的整体式桥台-H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究,分析对比台后大不平衡土压力大小、分布规律及其计算方法。结果表明:在设置的试验条件下,随着位移荷载的增加,台后填土作用下整体式桥台-H型钢桩-土相互作用模型(AHP模型)台后土压力由三角形分布变为梯形分布;而台后大不平衡土压力下整体式桥台-H型钢桩-土相互作用模型(LAHP模型)台后土压力呈梯形分布。LAHP模型的台后土压力系数K整体上大于AHP模型。现有的台后土压力系数K计算方法不适用于整体桥。当δ/h=0.016时,AHP和LAHP模型的台后土压力系数分别为12.34和16.16,远大于JTG D60—2015《公路桥涵设计通用规范》中主动土压力系数(K_(ac)=0.24)和静止土压力系数(K_(0)=0.43),也远大于现有的计算方法(Coulomb被动土压力系数K_(pC)=9.96和Rainkine被动土压力系数K_(pR)=3.69)。本研究可为整体桥设计计算和相关规范的制定提供借鉴和参考。

不同类型桩基支撑的整体桥力学性能

以福建永春县上坂大桥作为工程背景建立了全桥有限元模型,通过实桥静载、动载试验对模型进行验证,并在整体式桥台下分别设置了矩形桩、圆形桩、预应力高强混凝土(PHC)管桩、钢管桩、H型钢桩、工型超高性能混凝土(UHPC)桩和工型UHPC-矩形变截面桩,研究了整体桥采用不同类型桩基时对其整体力学性能的影响。结果表明:有限元模型的计算基频较实测值减小了5.5%,第1阶模态均为横向侧飘,主梁在汽车偏载和中载作用下出现的竖向挠度与实测挠度较吻合,验证了有限元模型的合理性;随着整体温度的升高,不同类型桩基支撑的整体桥主梁和桩基最大正、负弯矩和剪力随之增大,主梁竖向挠度随之减小,梁端水平位移也呈现明显的增长趋势,但在相同温度荷载作用下,整体式桥台下设置不同类型桩基对梁端水平位移的影响很小;桩身显著变形区主要出现在0~6.4 D(D为桩径)埋深处,在更大埋深处基本可忽略,表现出了柔性桩的变形性能;随着变截面桩的上部UHPC桩段抗弯刚度的增大,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩均显著增大,桩顶水平变形显著减小;随着上部UHPC桩段长度的增加,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩先呈现明显的增长趋势,而后趋于稳定,桩顶水平变形则先呈现明显减小趋势,随后趋于稳定;上部UHPC桩段长度一般取为桩基总长的36%,对整体桥主梁和桩基的受力较好,为UHPC桩段的经济长度;温差小于15℃时,整体桥采用不同类型桩基时对主梁和桩基的受力影响不大;随着温差继续增大,整体桥采用H型钢桩、工型UHPC桩或工型UHPC-矩形变截面桩时主梁和桩基的受力性能更好。

桥梁结构抗爆安全防护研究综述

伴随着事故型爆炸、恐怖袭击和精确制导武器打击等威胁的增强,桥梁结构抗爆安全防护问题越来越受到人们的关注,而目前桥梁结构设计中还没有特别考虑抗爆及其安全防护问题。从爆炸荷载模型、桥面板和主梁抗爆与防护、墩柱及缆索抗爆与防护、桥梁水下抗爆、整桥结构抗爆与防护、桥梁爆炸易损性分析和韧性评估等8个方面较为详细地梳理了国内外研究现状以及取得的主要成果,归纳了各自存在的主要问题,并对未来主要研究方向进行了展望,以期对桥梁结构抗爆安全防护研究提供新的视角和一定的借鉴。

基于位移的整体桥混凝土桩基抗震设计准则

实际工程中的整体桥常采用柔性桩基础吸纳温度或地震作用下产生的水平往复变形。为研究整体桥桩基的抗震性能和变形能力等,开展多种类型桩基的拟静力试验研究,分析比较不同类型桩基的破坏模式、水平变形与承载能力、应变与弯矩分布规律等。研究结果表明:钢筋混凝土RC桩和PHC管桩的破坏位置随配筋率和预应力度的增加而加深,桩-土相互作用效果提高,能有效改善混凝土桩基的抗开裂变形性能;矩形截面较圆形截面桩具有更好的桩-土相互作用效果和耗能能力;桩基的变形拐点会随着配筋率和截面的增大而明显加深,更有利于提高桩基的有效桩长和水平变形能力;相比RC混凝土桩,H形钢桩表现出了更好的弹塑性变形能力和延性,耗能能力更强;桩基承载比可以较好地评估桩-土相互作用效应;混凝土桩基的骨架曲线可以用弹性极限位移、不可观测的开裂位移、可观测的开裂位移、压碎位移、峰值荷载位移和极限位移的特征点表述,且随着配筋率和预应力度的增加,其位移特征点均会有所提高;提出基于位移的整体桥混凝土桩基"三阶段设防、五等级破坏"抗震设计准则,可供有关规范的设计与制定提供参考。

整体式桥台-H形钢桩基-土相互作用水平变形机理研究

整体桥因整体性、抗震性、行车舒适性而被广泛应用。为了能吸纳整体桥在温度、地震作用下的水平往复变形,实际工程中其桩基主要采用H形钢桩。为深入研究整体桥H形钢桩基水平变形机理,以某整体桥为背景,开展了传统平衡土压力状态下H形钢桩-土、台后不平衡土压力下的H形钢桩-土以及整体式桥台-H形钢桩-土相互作用拟静力试验研究,分析对比了H形钢桩桩身水平变形规律,滞回、耗能和骨架曲线。试验研究表明,不平衡土压力对桩身水平变形影响较大。正负向加载时,HP模型桩身水平变形较为对称,变形规律为沿埋深方向逐渐减小,接着反向增大后减小至桩底为0。对于UHP模型,正负向加载时的桩身变形不对称,其中正向加载时的变形规律为沿埋深方向逐渐减小至0,接着反向增大至最大后减小;负向加载时的变形规律则与HP模型基本相似。AHP模型桩身水平变形规律则较为复杂,其变形介于HP模型和UHP模型之间。研究还表明:HP模型的滞回曲线较为饱满和对称,而AHP模型的滞回曲线存在显著的非对称;AHP模型的承载力和耗能能力最高,但延性最低。

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,负向移动时呈现"橄榄"形分布;同时,无论是最大压应力还最大拉应力,均是正向位移荷载作用下的要明显大于负向作用下的。因此,升温时桩基的内力要大于降温时的,也即夏季高温时的H形钢桩基受力最为不利。为减小升温对桩基的不利影响,建议整体桥合龙温度取略高于年平均温度。同时,在试验研究的基础上,进行了整体式桥台和桩基的内力计算。计算结果表明:采用现有的经典台后土压力理论或桥梁规范计算得到的台底弯矩和剪力与试验结果均存在较大偏差,而采用黄-林法可较准确地得到台底弯矩和剪力。另外,计算结果还表明:负向加载时,采用现有计算方法得到的桩身弯矩和剪力与试验结果偏差不大,分布规律也与传统桩基的相似;但是,正向加载时,采用现有的计算方法得到的桩身弯矩和剪力与试验结果存在较大偏差,分布规律也明显不同。所提出的多项式拟合法和黄-林法能够较为准确地计算得到整体式桥台-桩基-土相互作用时的弯矩和剪力,实际工程中可采用该方法来计算整体桥的桥台和桩基内力,该方法可为中国整体桥的设计与应用提供参考和借鉴。

考虑台后不平衡土压力的整体式桥台H形钢桩基水平变形试验

为研究车辆重载等引起的台后大不平衡土压力对整体式桥台H形钢桩基水平变形的影响,开展了有无考虑台后大不平衡土压力影响的整体式桥台-H形钢桩-土相互作用拟静力试验研究,分析对比台后大不平衡土压力对桩身水平变形、滞回曲线、耗能曲线和骨架曲线等分布规律的影响。研究结果表明:在小位移荷载作用下,整体桥H形钢桩基本无累积变形,在大位移荷载作用下,桩基累积变形迅速增大;在埋深较浅范围内,设计制作的桥台-H形钢桩试件(LAHP和AHP试件)均产生正向的局部累积变形,在埋深较深范围内,2个试件均产生负向的整体累积变形;台后大不平衡土压力对整体桥H形钢桩基的水平变形、累积变形、单步位移荷载下的水平变形、滞回曲线、耗能曲线和骨架曲线均产生较大的影响;在埋深较浅范围内,LAHP与AHP试件的桩身水平变形、累积变形和单步位移荷载下的水平变形存在显著差异,LAHP试件的正、负向不平衡力和正向累积变形均小于AHP试件的,但负向累积变形和等效黏滞阻尼系数均大于AHP试件的。