边坡影响的整体桥RC桩受力性能分析

为了研究边坡效应对整体桥桩-土相互作用的影响,开展了受边坡影响的钢筋混凝土(RC)桩-土相互作用拟静力试验研究及有限元扩展参数分析,讨论了边坡效应对RC桩-土体系受力性能的影响.结果表明:迎坡侧的滞回曲线饱满度弱于背坡侧,且随桩侧至坡顶距离的减小而降低,桩-土相互作用也随之减弱;当桩侧至坡顶距离由2倍桩径减小至0以及坡顶至桩侧距离2倍桩径时,迎坡侧的桩顶最大水平力分别减小15.0%和28.6%,桩侧最大土抗力分别减小18.2%和26.6%,桩身最大弯矩分别减小8.0%和16.9%;桩侧至坡顶距离为2倍桩径且边坡角度小于20°或桩侧至坡顶距离大于4倍桩径时,桩侧至坡顶距离和边坡角度对桩-土体系受力的影响均较小,可按无边坡影响的桩设计;朝背坡侧位移时,桩-土体系受力基本不受边坡效应影响;边坡土摩擦角对桩-土体系受力的影响显著,在工程中可优先采用摩擦角较小的黏土.

均匀温度下多跨半刚接整体桥受力性能

以某多跨空心板梁桥改造为半刚性节点整体桥为例,建立考虑桩-土相互作用的桥梁有限元实体模型,进行上、下部结构不同连接方式对温度变化作用下结构受力性能影响分析.结果表明:主梁与桥台连接方式对整体桥受力的影响大于主梁与桥墩处的连接方式;主梁与桥台刚接时,在温度变化作用下,结构内产生的附加轴力、弯矩远大于主梁与桥台采用半刚接的.对半刚性节点进行参数分析,结果表明,橡胶套壁厚是影响主梁弯矩的主要因素,橡胶垫及钢棒直径对主梁弯矩影响较小;橡胶套壁厚和钢棒直径对桥台处柱-桩基的影响较大,对桥墩处柱-桩基弯矩影响较小,可忽略不计.

整体式弯桥试设计研究

以某实桥为工程背景,进行整体式弯桥的试设计和设计验算。采用MIDAS/Civil2015有限元软件分别建立了原桥和整体式弯桥的3D有限元模型,后者考虑了台-土及桩-土相互作用。对比分析了两者在恒载、活载(汽车荷载)、温度荷载、混凝土收缩以及地震等荷载作用下的受力性能。结果表明:由于梁端固接和台后土压力等影响,恒载、活载、温度及混凝土收缩等荷载作用下,整体式弯桥梁端具有较大的负弯矩;整体式弯桥在恒载作用下的主梁弯矩值较原桥均匀,而在活载作用下主梁弯矩值与原桥相近;温度荷载对整体式弯桥的主梁内力影响最大,其次为混凝土收缩效应,在设计中应引起重视;在恒载、活载作用下,整体式弯桥和原桥的主梁扭矩基本呈反对称分布,且恒载下的主梁边跨扭矩显著小于原桥,而在活载下两者的主梁扭矩相差不大,整体式弯桥表现出较优的抗扭性能;此外,整体式弯桥的抗震性能明显优于原桥,可有效避免主梁在地震中的侧向偏位和落梁等现象,在高震区使用更具优势。

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。

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.

地锚式独斜塔斜拉桥地锚箱位置的参数研究

以贵州省内已建成的地锚式独斜塔斜拉桥为研究背景,运用有限元分析软件MIDAS-CIVIL建立有限元模型,对地锚箱位置进行参数分析。不同地锚箱位置,必然对斜拉桥的主梁内力、挠度和塔顶侧移等产生不同的影响。同时从力学角度分析了地锚索的材料用量,引入材料单价,得到地锚索的材料总造价,并对地锚箱位置进行优化分析。分析结果表明:地锚箱位置对结构静力特性及地锚索材料用量有很大的影响,且其合理位置控制在0.50~0.65的主跨长度时结构的受力性能和经济性较优。

无伸缩缝桥梁动力特性与抗震性能研究

以福建某简支梁桥为研究背景(该桥在实际工程中已被改造为半刚性整体桥),采用MIDAS/Civil软件将原简支梁桥改造为整体桥、半整体桥与延伸桥面板桥,分别建立了5座桥的全桥有限元模型,分析了它们在地震荷载下的受力差异。结果表明:简支梁桥在地震荷载作用下易引起主梁在桥台处的落梁现象,而无缝桥可有效防止该现象的发生,其中的整体桥表现出更优的抗震性能,更适用于强震区;在地震荷载作用下,无缝桥与简支梁桥的桩基有效作用长度均在0~10 D(D为桩径)埋深范围;整体桥桩基在大震作用下的受力性能较好,可更好地保护桩基不被破坏;延伸桥面板桥与传统简支梁桥台底桩身受力相近,其设计可参考现行有缝桥设计规范;无缝桥与传统简支梁桥的墩底弯矩均最大,在该处易形成塑性铰;纵桥向地震荷载作用下,简支梁桥与延伸桥面板桥的主梁受力最不利位置分别出现在跨中与墩顶处,而整体桥、半刚性整体桥与半整体桥出现在台顶处,其受力不利部位在设计中应引起重视;该研究结果可为无缝桥的设计计算与相关规范的制定提供参考。

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。

钢筋混凝土拱桥对施工过程扣索力的优化

本文针对主跨210m的贵州夜郎湖大桥,拱脚区段采用变截面混凝土拱箱、拱顶区段采用钢箱劲性骨架合龙、后浇筑外包混凝土的主拱圈构造形式,以达到增大拱桥跨径、合理运用材料、减轻拱圈自重的目的。拟定了主拱圈悬臂浇筑、劲性骨架安装顺序,基于"应力平衡法"控制技术,利用APDL语言编制了拱圈施工计算命令流,通过索力优化方法计算出能满足截面应力与拱圈线形的扣索力,分析了主拱圈截面的应力变化规律。

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。

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。

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。