考虑墩-梁碰撞效应的连续刚构桥系统易损性与概率地震风险性分析

为研究连续刚构桥主梁与过渡墩碰撞效应对其地震系统易损性和概率地震风险性的影响,以一座主桥跨径为(120+220+120)m的连续刚构桥为研究背景,通过模拟实际施工过程以获得真实成桥内力状态,基于等效荷载法建立考虑该内力状态的动力弹塑性分析模型,采用Hertz-damp接触模型考虑包括主梁与过渡墩碰撞在内的伸缩缝处碰撞效应。选取90条具有速度脉冲的脉冲型近断层地震动沿纵桥向输入,通过时程分析解释了墩梁碰撞过程和破坏机理;采用增量动力分析法,建立考虑桥墩和支座权重系数的全桥复合系统易损性曲线,并与一阶界限法串联模型下限和并联模型上限系统易损性曲线进行对比,将场地危险性函数与易损性函数卷积,建立概率地震风险曲线,考察桥梁系统易损性、概率地震风险性及墩梁碰撞效应的影响。结果表明,若忽略过渡墩与主桥梁体的碰撞效应,将会低估过渡墩的位移反应3~5倍,低估其地震风险性概率120%;当地震动强度为0.2g~0.6g时,轻微破坏和中等破坏的损伤概率被低估了35%~80%;地震动强度为0.6g~1.5g时,严重破坏和完全破坏分别被低估13%~68%和15%~59%。

不等高双薄壁墩结构参数对连续刚构桥力学行为影响分析

对于因地形和地貌原因而使双薄壁墩连续刚构桥相邻桥墩高度相差较大的情况,设计常采用不等高双薄壁墩。相比常规双薄壁墩,不等高双薄壁墩结构设计及优化可供借鉴和参考的成果不多。以某不等高、不等厚双薄壁墩预应力混凝土连续刚构桥为工程依托,基于有限元数值分析方法,改变低墩壁厚和墩间距,针对结构恒载作用、最大悬臂状态稳定及结构自振,采用单因素分析方法研究薄壁墩结构参数对连续刚构桥结构力学行为影响。结果表明:恒载作用下,低墩壁厚对主梁根部弯矩影响很小,对跨中弯矩影响相对较大;增大双肢间距可明显降低主跨跨中、根部弯矩。低墩稳定安全系数对壁厚更敏感;墩参数变化不改变失稳模态。随着低墩壁厚和间距增加,结构自振频率增大,壁厚、双肢间距影响结构一阶振动模态,且壁厚对一阶自振影响最显著。分析结论可供不等高双薄壁墩连续刚构桥结构设计和优化参考。

主余震序列作用下考虑断层距的桥梁风险分析

为了提高震害预测和结构震后性能评估的准确性和合理性,提出了一种考虑断层距衰减的主余震序列构造方法,并使用该方法构造了50组相关场地的地震动;以一座三跨连续梁桥为研究对象,使用OpenSees抗震分析软件进行非线性动力分析,采用改进的Park-Ang损伤指标建立易损性曲线,分析断层距对连续梁桥在不同设防主余震序列下的损伤指数和破坏概率的影响;提出震后危险性分析方法,对比分析了考虑断层距的主余震序列对桥梁结构的震后风险性影响。结果表明:余震的发生导致结构的损伤概率提高了10倍以上;在断层距10 km范围内的结构发生中度及以上破坏的风险性较大;提高设防地震等级能有效避免结构在主余震序列作用下发生严重或倒塌破坏;在震后救援和重建时考虑断层距的影响可以防止造成二次伤害。

甘溪特大桥空腹三角区施工阶段受力分析

甘溪特大桥是主跨300 m的空腹式连续刚构桥,空腹三角区上弦箱梁采用可伸缩部分立柱后支配合挂篮悬浇,下弦箱梁采用全斜拉扣挂法配合挂篮悬浇。为分析采用该施工方法在三角区临时结构体系中的受力特性,总结三角区临时结构体系施工过程中受力变化规律,验证施工方法的有效性,并提出临时扣索和支撑立柱的最佳解除时机,采用有限元结构分析软件模拟全桥施工过程。结果表明:采用该工法施工,结构受力满足规范要求。三角区施工过程中,已施工的上、下弦箱梁以受压为主,受下一节段混凝土浇筑、立柱支顶、扣索张拉等工序影响,其间会出现短暂轻微受拉状态。三角区合龙完成时,箱梁截面以受压为主,局部存在轻微受拉。全桥合龙后三角区箱梁为全受压状态,较三角区合龙状态压应力增加明显。临时扣索、立柱拆除后,上、下弦箱梁出现了明显的应力重分布,但仍为全受压状态。临时扣索索力峰值均出现在三角区合龙完成前,三角区合龙后总体呈下降趋势,临近拆除前有所回升。后方临时立柱在施工过程中支撑力总体呈下降趋势,前方立柱呈上升趋势,临近拆除前立柱支撑力增幅均较大。经比选,推荐全桥合龙后先拆立柱、再拆扣索。

京广高铁联络线160m四线混合连续梁桥设计及关键技术

京广高铁联络线流溪河特大桥主桥采用(70+160+70)m四线混合连续梁方案跨越流溪河。该桥为四线铁路钢混混合梁式桥,文中介绍了该桥工程概况、结构构造及主要计算结果。为确定四线铁路混合连续梁桥的关键技术,采用结构分析软件对该桥等效跨度、边中跨比、钢梁长跨比等结构参数进行对比研究,得出0.875倍预应力混凝土连续梁跨度为等效跨度、0.45~0.5的合理边中跨比、0.35~0.4的合理钢梁长跨比等结论。该桥中跨跨中设63 m钢梁,截面采用易于运输、施工方案更灵活的分离双箱钢梁截面,提高了结构适应性;中跨钢梁的设置减小了结构自重和梁高,提高了桥梁的跨越能力,减少工后徐变;中跨中钢梁替换常规混凝土梁,大大减小了主跨自重,边跨长度可进一步减小,有利于满足高速铁路刚度要求;钢梁采用整体吊装施工方案,减少了悬灌节段数,缩短了施工工期,为铁路高速发展提供了便利。

耐震时程法在大跨连续刚构桥纵向抗震性能评估中的应用

采用简化方法对大跨连续刚构桥的抗震性能进行高效和准确的评估,在该类桥梁的设计和加固改造时是非常必要的。耐震时程法作为一种评估桥梁抗震性能的简化方法,只需要一次时程分析就可以实现桥梁从完好到倒塌的全过程分析。为研究耐震时程法在评估大跨连续刚构桥纵向抗震性能的适用性与精确性,本文以一座大跨波形钢腹板连续刚构桥为研究对象,基于中国公路桥梁抗震设计规范设计反应谱,生成3条耐震加速度时程曲线作为地震输入,同时选择16条天然地震动进行增量动力分析,对比研究了该连续刚构桥地震响应特征。研究结果表明:耐震时程分析结果处于增量动力分析结果的包络线之内,耐震时程法中位值与增量动力分析结果的均值曲线吻合较好,因此,耐震时程分析方法可以作为大跨连续刚构桥抗震性能评估的一种高效率方法。

桥梁预拱度对行车舒适性的影响及桥面线形调整

为研究成桥预拱度对连续刚构桥行车舒适性的影响,以多座主跨跨径为110~200 m的连续刚构桥为研究对象,首先,采用滤波白噪声法建立桥面时域模型,并与按余弦曲线设置的成桥线形叠加模拟成桥后的桥面不平度;其次,采用MATLAB/Simlink搭建车辆-桥面系统模型,以加速度均方根值(RMS)作为桥梁边跨、中跨桥面的行车舒适性评价指标,以最大瞬态振动值(MTVV)作为边跨峰值处短时内的行车舒适性评价指标;最后,分析采取经验法按照余弦曲线设置成桥预拱度的桥梁其跨径和设计时速对边、中跨RMS值的影响,以及成桥预拱度取值对边跨3L/8处MTVV值的影响。研究结果表明:在边跨、中跨处RMS值均小于0.315 m/s^(2),说明采取经验法按照余弦曲线设置成桥预拱度并不影响中跨处的行车舒适性;在边跨3L/8处MTVV值在短时内存在大于0.345 m/s^(2)的情况,说明在边跨峰值处短时内会产生一定不舒适感。提出了一种基于桥面铺装层施工优化边跨3L/8处和边墩墩顶桥面线形的方法,改善了边跨的行车舒适性。

损伤情况下装配式T梁桥的横向力学性能研究

为研究不同损伤模式对装配式T梁桥横向力学性能的影响,基于比拟正交异性板法理论计算,验证了有限元模型的可靠性;并且通过刚接梁法建立了主梁损伤的横向受力模型。针对现有装配式T梁桥可能存在的破坏形式以及破坏所处位置,建立不同损伤模型,分析了桥梁损伤后横向分布系数的变化情况。结果表明:在桥梁横隔板完好的情况下,翼缘板损伤对桥梁横向刚度影响较小,而在桥梁翼缘板完好的情况下,横隔板损伤对桥梁横向刚度影响较为显著;桥梁的横向联系损伤程度对较远桥梁影响较小。当仅有单一主梁损伤时,损伤梁的影响线竖标值减小,而周围完好梁的影响线竖标值增加,而多主梁损伤的情况下,总体趋势与单一主梁损伤相似,但破坏程度更为显著。

某高墩刚构桥抗震性能分析

为合理评定高墩刚构桥的抗震性能,以某实际高墩刚构桥为算例,建立其非线性有限元模型,进行了E1,E2水准下的非线性地震时程反应分析,重点讨论了支座、桥墩以及地震碰撞反应结果,分析了不同水准地震动作用下该桥主要构件的损伤程度及地震碰撞对桥梁反应的影响,并基于现行的桥梁抗震规范开展该高墩刚构桥的抗震性能评定。结果表明:在E1水准地震作用下,该高墩刚构桥整体处于线弹性阶段;在E2水准作用下,支座、桥墩和系梁出现不同程度损伤,在EL Centro波作用下产生碰撞时,相应位置上的支座、桥墩受力情况均出现明显的阶跃现象,但未出现严重的结构损伤。两水准地震作用下该高墩刚构桥均符合抗震设防目标。

多跨连续刚构桥地震响应时程分析

桥梁直接关系到交通体系的命脉,在整个交通工程中占重要地位。而连续刚构桥梁又因其跨越能力出众,施工容易,行车性能好,维护方便等诸多优势,成为一种常见的桥型。中国地震活动频繁,因此,对桥梁进行的抗震响应分析,用于提高桥梁的抗震能力,可以更好地满足桥梁的稳定性能。基于此,本文介绍了地震灾害对桥梁的危害性,连续刚构桥结构特点,并以淮河大桥为背景,通过建立ANSYS有限元模型,对该模型分别输入EL-CENTRO波和模拟地震波,比较分析结果,给出研究的结论。本文研究成果可为大跨度连续刚构桥的抗震设计提供参考。

山区高墩大跨连续刚构桥稳定性影响因素研究

本文选用四川省某高墩大跨度连续刚构桥为例,通过有限元分析软件研究了该桥在最高墩阶段、最大悬臂阶段和成桥阶段各组合工况下的结构稳定性,对比分析了桩土作用、混凝土强度、墩高、壁厚等参数对桥梁结构稳定安全系数的影响。研究表明:在最大悬臂阶段一侧挂篮坠落时结构稳定性最差;风荷载和温度荷载对结构稳定性影响较小,桩土作用对结构稳定性影响较大;随着桥墩混凝土强度的提高,结构稳定安全系数越大,但提升幅度不断减小。研究结论对于山区高墩大跨连续刚构桥的稳定性分析提供了有益参考。

预应力混凝土连续刚构桥构件施工要点及主梁施工质量控制

预应力混凝土连续刚构桥梁成桥后普遍存在“腹板及底板开裂”“跨中持续下挠”等质量问题。为此,对预应力混凝土连续刚构桥施工技术要点及质量控制措施进行探讨。首先对支架与托架、模板、挂篮等施工作业组件体系进行了阐述;然后对主梁悬浇施工中的钢筋施工、梁体混凝土施工、预应力施工中存在的质量病害问题进行病因分析,并提出针对性的质量控制措施,防止连续刚构桥主梁产生箱梁开裂和跨中下挠等质量问题,达到提高刚构桥建设质量和使用寿命的目的。

高墩大跨连续刚构桥稳定性分析与优化措施

为确保高墩大跨连续刚构桥在施工阶段和成桥阶段的稳定性,探讨了桥墩高度、墩身宽度、高墩双肢间距以及混凝土强度等级对桥墩稳定性的影响。结果表明,墩高的变化对稳定性影响最为显著,墩高从40m增至140m,在悬臂施工阶段桥墩的稳定性系数下降了95.45%,成桥阶段,稳定性系数下降了95.83%;混凝土强度等级对稳定性也有较明显影响,从C30提高到C60,最大悬臂施工阶段稳定性系数提升了22.53%,成桥阶段的稳定性系数提升了42.11%;墩宽对连续刚构桥的稳定性有一定影响,墩宽从2m增至4m,稳定性系数仅提升了10.25%;双肢间距对连续刚构桥的稳定性系数影响最小,双肢间距从4m增至9m,稳定性系数仅提升了0.96%。

分离式路线段高墩桥梁施工用大跨度桁架通道设计与施工

对某分离式路线段高墩桥梁间的桁架通道进行受力分析,通过有限元软件进行模拟研究,计算在不同荷载组合作用下结构的极限受力状态是否满足强度、刚度要求,并通过荷载试验进行校核,为桁架通道结构安全评定建立指导依据。介绍施工工艺流程与注意要点,提出桁架通道一般性施工方法。

基于蚂蚁算法的连续刚构桥顶推力优化

以大跨径高墩连续刚构桥为例,借助Midas Civil有限元软件建立模型,获取成桥25年墩顶水平位移、优化方程参数等数据,并对算法优化效果进行评价。程序算法以控制桥墩的最大拉应力、最大变形量与协同工作性能为指标,分析桥梁优化效果。研究结果表明:顶推力施工显著改善了桥墩变形;控制断面弯矩由无顶推力的13187.6 kN·m减小至1198.9 kN·m;复杂桥墩结构的刚构桥的最大拉应力控制断面不一定为墩顶或墩底断面;基于蚂蚁算法的方案可有效减小原设计的桥墩最大拉应力,使最大拉应力从2.19 MPa减小至1.58 MPa;方案可有效控制成桥墩顶的水平变形量,在减小最大拉应力的同时,使总变形量由40.17 cm减小至39.65 cm。

连续刚构桥成桥线形单参数敏感性分析

桥梁的成桥线形是施工监控中的一项重要指标,其对桥梁的结构安全和运营状态极其重要。本文依托于某连续刚构桥工程,基于参数敏感性原理,给出了单参数敏感性的计算方程,归纳了各参数的敏感因子,采用MIDAS Civil建立了单参数敏感性分析的施工全过程有限元模型,对结构参数敏感性进行了分析,得到了参数的敏感性规律。研究结果表明:对于成桥线形而言,主梁混凝土容重和预应力为主要敏感参数,温度和弹性模量为次要敏感参数,施工阶段收缩徐变为非敏感参数,长期收缩徐变为主要敏感参数。

基于分叉传递矩阵法的多跨连续刚构桥桥墩有效长度系数

桥墩的有效长度系数对桥墩的稳定性和强度十分重要。为解决桥墩的稳定性问题,本文建立了一种便于采用传递矩阵法求解的新颖力学模型,并基于该方法计算了多跨连续刚构桥的有效长度系数。首先,建立n跨刚构桥的一般力学模型,并利用传递矩阵法推导了其在考虑自重荷载情况下的平面内稳定特征方程,进而求得弹性屈曲载荷和有效长度系数,并将其与有限元法得到的结果进行对比,从而验证所提理论和方法的正确性。其次,研究了用碳纤维增强聚合物和超高性能混凝土加固桥墩时,桥墩有效长度系数的变化规律。最后,探讨了边跨与中跨之比、桥面梁刚度以及桥墩刚度对桥墩有效长度系数的影响。结果表明,增强整体结构刚度比增强局部刚度对提高稳定性更有效,桥梁边跨和中跨跨度对有效长度系数的影响较大。同时,还观察到碳纤维增强聚合物加固高度改变时,桥墩有效长度系数变化曲线产生了独特的双峰效应。

日本北陆新干线大藏余座桥

日本大藏余座桥(Okurayoza Bridge,见图1)位于建设中的北陆新干线金泽—敦贺间,距终点敦贺车站约1 km,由2联桥长分别为215 m和216 m的3跨连续PC箱梁刚构桥和1联桥长172 m的2跨连续PC箱梁刚构桥组成。设计荷载为P-16标准列车荷载。该桥起点侧为深山隧道出口,经过中池见湿地和水田,因此大部分桥墩墩高超过20 m,这在日本新干线桥梁中比较罕见。图1日本北陆新干线大藏余座桥桥址地基固有周期超过1 s,为软弱地基,桥墩采用钻孔桩基础,1个桥墩设16~20根直径2 m钻孔桩,桩长63 m。桥墩为9.0 m×6.5 m实体墩,采用预先在工厂制作部分预制构件的方法(Sumitomo Mitsui′s Precast Form for Earthquake Resistance and Rapid Construction,简称SPER工法)施工,由带组装箍筋的部分预制构件形成桥墩外框架,再灌注混凝土形成整体,可根据墩高分节段施工。桥墩采用SPER工法施工可缩短约3个月的工期。

高墩大跨连续刚构桥施工全过程稳定性分析

本文以三门峡国道209上跨陇海铁路立交桥为研究对象,采用MIDAS/Civil建立裸墩、最大双悬臂和成桥合龙3种状态下的有限元模型,对主墩进行线性屈曲分析和几何非线性屈曲分析,计算出稳定性系数,探讨不同荷载工况下稳定性的影响因素。通过调整桥墩主要设计参数,对主墩进行稳定性影响参数的敏感性分析。结果表明:全桥施工及成桥状态下,墩顶施工荷载、挂篮荷载、温度效应和车道荷载对主墩的稳定性影响较大;在稳定性影响参数敏感性分析中,随壁厚和混凝土强度等级的提高,稳定性系数逐渐增大;墩高的增加会使稳定性系数逐渐降低,但降低速率会逐渐减缓;系梁数量和位置均会对稳定性产生显著影响;随主墩高差的减小,稳定性系数逐渐降低,桥梁结构荷载重分配,墩顶主梁弯矩逐渐降低。

多跨连续刚构桥左右幅同步顶推一次合龙施工技术研究

合龙施工技术一直以来都是连续刚构桥建造中的关键点,随着国内桥梁建造事业的蓬勃发展,桥梁跨度愈来愈大,桥体结构愈来愈复杂,传统的合龙技术难以适应连续刚构桥发展节奏。铜川市玉皇阁二号桥工程采用多跨连续刚构桥左右幅同步顶推一次合龙的施工工艺,12个合龙口一次性合龙属国内首创,其过程控制精度要求高,施工技术挑战大。Midas Civil仿真建模技术可以有效地辅助预测桥梁合龙过程的结构状态,为顶推施工提供数据支撑。玉皇阁二号桥的合龙施工技术研究为工程顺利进行提供了坚实保障,为同类型工程提供了借鉴思路和经验。