钢筋混凝土薄壁空心高墩塑性铰长度计算方法

针对我国现行抗震设计规范尚未明确给出钢筋混凝土(RC)薄壁空心高墩塑性铰长度计算方法的问题,首先收集整理了既有RC桥墩塑性铰长度计算方法以及试验数据,分析影响塑性铰计算长度的主要因素;同时对实际桥梁工程采用的RC薄壁空心墩构造参数进行统计归纳.在验证有限元建模方法准确性后,采用ABAQUS软件建立了高度为40~120 m的8种典型RC薄壁空心高墩的精细化有限元模型,并开展非线性推覆分析,得到不同高度桥墩的等效塑性铰长度.最后讨论不同塑性铰长度计算方法的适用性,发现Eurocode 8规范的计算公式精度最高,可用于计算RC薄壁空心高墩的塑性铰长度.

桥面除冰地热能源桩的能量传递机理研究

利用桥面除冰地热能源桩(以下简称“桥梁能源桩”)在冬季可提取清洁地热能并传输到桥面进行除冰融雪。建立了桥梁能源桩热-力耦合三维数值模型,探究了桥墩对流换热对下部能源桩能量传递机理的影响。研究表明,除冰过程中能源桩的地热提取效率是传统地热钻孔的2~3倍;桥墩与空气的对流换热会导致热量散失,造成能源桩的热功率降低;当桥墩桩基长度比由0增大到50%时,桥梁能源桩的热交换率降低约8.7%,因此桥墩较长时应考虑桥墩对流换热对能源桩热性能的影响。

采用支点位移法施工的斜拉桥钢-UHPC组合梁受力分析

为了解采用支点位移法施工对大跨度斜拉桥钢-UHPC组合梁负弯矩区力学性能的改善情况,以主跨442 m的沾临高速公路黄河特大桥主桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立主桥三维有限元模型进行受力分析。计算无应力索长及成桥状态钢-UHPC组合梁线形,并在二者保持不变的基础上,分别对采用、未采用支点位移法施工的钢-UHPC组合梁成桥及运营状态下的弯矩、梁底应力、UHPC桥面板顶(底)缘应力进行对比分析。结果表明:相比于未采用支点位移法,采用支点位移法施工的钢-UHPC组合梁斜拉桥可减小或者消除辅助墩处组合梁的负弯矩,显著增加辅助墩处负弯矩区UHPC桥面板的压应力储备,达到施加预应力的效果,显著改善了负弯矩区钢-UHPC组合梁的力学性能,应用效果良好。

混合连接预制装配式桥墩抗震性能研究

针对既有单一形式连接的装配式桥墩难以同时满足中高烈度区轨道快线桥墩对抗弯刚度和多级抗震需求的问题,京雄快线提出了采用无黏结预应力筋、灌浆套筒、混凝土剪力榫及浅承插混合连接的装配式桥墩结构方案。基于室内装配式桥墩足尺模型拟静力试验,建立并验证了精细化数值模型,对比分析了单一连接与混合连接桥墩抗震性能的差异,系统研究了预应力水平、预应力筋位置、灌浆套筒长度及墩底承插深度4个连接参数对桥墩抗震性能的影响规律。结果表明:混合连接装配式桥墩在水平荷载作用下呈典型弯曲破坏,连接性能可靠,抗震性能良好。提升预应力水平可提高桥墩水平承载力,但会降低桥墩变形能力,增大残余位移,预应力水平由30%增加至70%时,承载力提高10.16%。改变预应力筋位置对桥墩抗震性能基本无影响,增大灌浆套筒长度可显著降低桥墩塑性铰长度。墩底承插深度由0.06 D增加至0.18D时,可提高承台对桥墩的侧向约束作用,滞回耗能增加15.87%。为保证混合连接装配式桥墩同时具有良好的自复位和耗能能力,预应力水平不宜大于50%且墩底浅承插深度不宜超过0.12 D。

考虑弯剪耦合变形的矩形空心墩等效塑性铰模型

矩形空心墩因截面挖空导致抗剪性能削弱,塑性铰区弯剪裂缝显著,而既有等效塑性铰模型和等效塑性铰长度公式较少涉及弯剪耦合变形。为此,文章提出考虑弯矩梯度、拉伸漂移、应变渗透效应以及剪切变形的矩形空心墩曲率分布假定和墩顶位移计算方法,基于墩底塑性转角相等原则推导包含弯矩梯度、拉伸漂移和应变渗透效应的等效塑性铰长度理论公式和经验公式,并通过64个矩形空心墩试验数据对上述公式进行标定和验证。结果表明:规准等效塑性铰长度(L_(p)/h)随剪跨比、纵筋率及材料特性参数(f_(ul)/f_(yl)、f_(y1)d_(b)/√f'_(c))的增加而增大,与建议等效塑性铰长度经验公式的预测一致;规范和王震公式均高估了扣除剪切位移后的等效塑性铰长度,且会高估墩顶极限位移能力,使抗震设计偏于不安全;Berry公式计算的等效塑性铰长度略微保守,且能较准确地预测矩形空心墩的极限位移;而基于建议等效塑性铰长度经验公式和剪切位移占比系数经验公式的等效塑性铰模型,对矩形空心墩位移能力评估具有较高的计算精度和更小的离散性。

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。

公铁平层斜拉桥钢箱梁双悬臂施工控制技术

宜宾临港长江大桥主桥为(72.5+203+522+203+72.5)m双塔双索面钢箱梁斜拉桥,公铁平层,3号塔两侧钢箱梁采用双悬臂施工,4号塔边跨侧钢箱梁采用顶推施工,中跨侧钢箱梁采用单悬臂施工。基于无应力状态法控制理论,采用SCDS软件建立主桥有限元模型进行施工控制计算。主梁双悬臂拼装时利用边、中跨侧桥面吊机对称同步起吊待安装梁段并调整其空间位置,采用相邻梁段相对高程控制法进行精匹配;斜拉索索力以无应力索长张拉进行控制;中跨侧悬臂端临时辅助压重措施,完成钢箱梁跨越式过辅助墩和顶升式上过渡墩的施工。该施工控制技术确保了钢箱梁双悬臂施工和边跨2次上墩顺利完成,保证了塔梁临时竖向锚固束受力合理,桥梁结构受力和塔偏未超限,结构线形和索力偏差满足要求。

轴压下钢筋混凝土桥墩塑性铰特性研究

通过2个大尺寸钢筋混凝土桥墩在轴压下的水平低周往复加载试验,并结合混凝土压应变方法和基于OpenSEES的数值方法,研究钢筋混凝土桥墩的塑性铰特性,分析轴压对塑性区域长度及等效塑性铰长度的影响规律。结果表明:随轴压的增大,桥墩截面受压区应变增大,桥墩发生塑性破坏区域的长度显著增加,既有规范按1.0倍的桥墩截面高度估计塑性区域长度在高轴压下偏于不安全,故建议当桥墩轴压比超过0.2时,加密布筋的塑性区域长度应增大至1.5倍的桥墩截面高度;随着轴压增大,桥墩位移延性的下降大于截面曲率延性下降的幅度,从而使等效塑性铰长度不断减小,因此在推导等效塑性铰长度时应考虑轴压的影响,以免在轴压较大时过高估计桥墩延性,带来安全隐患。

采用单阶柱法分析连续体系梁式桥桥墩的计算长度

针对国内规范对桥墩计算长度系数取值偏小的情况,对连续体系梁式桥柱式桥墩计算长度影响因素进行分析,并提出采用有侧移框架的单阶柱计算桥墩计算长度的方法。该方法将连续体系梁式桥纵向看作框架结构,上部结构视为横梁,并将桩基础和承台等效为单根柱,进而将与主梁铰接和固结的桥墩分别等效为上端自由和上端可移动但不可转动的单阶柱计算桥墩计算长度。以某跨径布置为(88+4×165+88)m的刚构-连续组合梁式桥为例,采用该方法计算其主墩计算长度系数,并与有限元软件MIDAS Civil计算结果进行对比,结果表明:该方法计算结果与有限元软件计算结果较为吻合,且与美国AASHTO规范的规定基本一致,验证了该方法的可靠性。

环翼式桥墩环翼式挡板最佳延伸长度试验

为研究环翼式桥墩环翼式挡板的最佳延伸长度,进行了不同流速和不同环翼式挡板延伸长度下环翼式桥墩的局部防冲刷试验。试验结果表明:环翼式挡板的延伸长度不同,桥墩的冲刷效果有较大的差别,当环翼式挡板的延伸长度与桥墩的半径相同时,与无挡板的桥墩相比最大冲坑深度可减小57.6%,近底垂向流速最大可减小70.4%,近底紊动强度也明显减小,防冲刷效果显著。

大连汽车滚装码头泊位等级及码头主尺度研究

以大连港大窑湾北岸汽车码头的建设为例,通过对近几年大连港到港汽车船船型统计,并着眼船舶大型化发展趋势,合理定位泊位等级、数量及预留能力,使拟建工程适应全球范围内汽车船队主力及发展船型,提高港口在汽车运输大格局中的竞争力。以上述资料为基础,根据国内现行规范和船舶实际靠泊情况,进行码头长度和码头面高程的论证,供类似规模的工程参考。

梁桥高墩计算长度的一种计算方法

根据桥墩在多跨简支梁或连续梁桥上、下部结构体系中的刚度贡献确定墩柱的约束状态,采用欧拉理论的临时荷载稳定方程求解桥墩的计算长度。实桥算例表明,计算结果在合理范围内。这种计算方法可以获得较准确的计算长度,有关经验可供相关专业人员参考。

宽尾墩三元水跃特性试验研究

通过传统二元水跃与宽尾墩三元水跃形成及发展机理的类比,借助水工模型试验,对宽尾墩三元水跃特征跃高Ht、特征跃长Lt与来流流能比K之间的关系进行了研究。研究结果表明:微淹没临界状态下的宽尾墩三元水跃特征跃长Lt与跃高Ht均可回归为流能比的一次线性函数,流能比较小时,三元水跃跃高比二元水跃略低一些,随着流能比的增加,两种水跃跃高趋于相同;宽尾墩三元水跃跃长比二元水跃减小约50%,随着流能比的增加,减小幅度还会有所增加。利用经验式对已建或在建工程消力池体型参数进行了计算分析,结果表明,采用宽尾墩消能工可显著缩短消力池长度,戽式消力池可缩短的更多。

整体式桥台桥梁设计中的荷载组合研究

按照整体式桥台桥梁计算桥台桩基础的等代桩长和台后土压力合力的简化计算方法,以福建省上坂大桥为工程背景,分析了荷载组合对等代桩长和土压力合力的影响.研究表明,温度和二期恒载对等代桩长和台后土压力合力会产生较大影响;汽车荷载的布置形式对台后土压力合力存在较大影响.该类桥梁设计时,可以简化为12种荷载组合工况计算桩基础的等代桩长和台后土压力合力.

RPC箱型墩柱塑性铰长度研究

为探讨RPC箱型墩柱塑性铰长度,基于构建的滞回本构模型,运用OPENSEES二次开发平台嵌入RPC材料,结合Steel02材料、非线性梁柱单元和零长度单元,建立考虑墩底纵筋滑移的延性分析模型。通过与3个常轴力作用下RPC箱型桥墩拟静力试验结果对比,验证模型的有效性。在此基础上,探讨水平加载角、轴压比、纵筋直径和墩高等关键因素对RPC箱型墩柱塑性铰长度的影响,提出结合试验研究和数值回归分析的塑性铰长度计算公式,并与规范常用的经验公式进行对比。结果表明,RPC箱型墩柱塑性铰长度随轴压比的增大逐渐减少,随墩高的增加逐渐增大,随纵筋直径和水平方向角的增加表现出先增大后减少的趋势,按Telemachos公式计算结果偏于不安全,按Priestley公式和桥梁抗震规范建议公式计算结果偏于保守,基于试验结果和数值分析提出的回归公式能较好地吻合数值结果并限制过大的塑性铰长度。

矩形截面混凝土空心墩塑性铰长度分析

在延性抗震设计中,等效塑性铰长度直接影响到桥墩位移能力的估算,其计算的准确性对于桥墩抗震性能的评估至关重要。现有规范中等效塑性铰长度公式大多是由实心墩试验得到的,鉴于空心墩与实心墩的性能差异,这些公式对空心墩的适用性尚有待深入研究。通过7个不同设计参数的矩形截面空心墩拟静力试验,观测并分析不同构件塑性铰区损伤演化及变化趋势,研究剪跨比、纵筋率、配箍率对墩底塑性铰分布形态的影响。基于国内外等效塑性铰长度计算公式与试验结果的对比分析,发现:塑性铰长度随墩身计算长度的增大而增大,配箍率、纵筋配筋率对其有一定影响;在现有规范及文献中,Telemachos、Eurocode8、高振世的塑性铰长度计算值与实测值较为接近,适于估算矩形空心墩的塑性变形能力。

阶形桥墩的计算长度分析

为了确定桥梁结构设计中阶形桥墩柱的计算长度,推导出阶形柱屈曲方程的递推公式;将周围墩柱对计算柱的侧向约束用一柱顶弹簧表示,并推导出在此边界条件下阶形柱的临界荷载特征方程;通过编程和Sap2000有限元建模,对一典型实例进行了数值分析;结果表明,编程计算结果与Sap2000模拟结果几乎完全一致;柱顶弹簧刚度是影响阶形柱计算长度的重要影响因素,而一般可忽略剪切变形对计算长度影响;中间各段的计算长度系数一般大于上下两端的计算长度系数.

铁路圆端空心墩等效塑性铰长度试验研究

等效塑性铰长度通常用于估算桥墩顶部的位移能力,是空心墩抗震性能分析的重要指标之一。鉴于目前塑性铰长度公式大多源于实心构件的试验和理论成果,铁路圆端空心墩的塑性铰特性、现有计算模型的适用性等亟待深入研究。因此,对4个1/6缩尺的圆端空心墩模型进行拟静力加载,观测试件损伤演化历程,分析桥墩塑性铰和曲率分布特性,并比较既有塑性铰长度公式计算值与实测值。结果表明:最终墩身裂缝分布范围约占桥墩高度的2/3,塑性损伤主要集中在墩底空心墩倒角附近区域;由于墩底实心段、倒角过渡段和墩身变截面的影响,墩底塑性铰区相对延长并整体上移;Eurocode8模型计算结果与试验值最为接近,可用于估算铁路圆端空心墩等效塑性铰长度。

临界肢长剪力墙抗震性能分析

墙肢截面高厚比大于7.5但小于8.5的剪力墙可定义为临界肢长剪力墙,由于其布置灵活且具有较好的抗震性能,近年来被广泛应用于高层建筑中。墙肢截面高厚比大于8.0但小于8.5的临界肢长剪力墙不属于短肢剪力墙,规范未对此类剪力墙提出较为明确的加强措施。为研究此类结构在罕遇地震下的抗震性能,文章以某高层临界肢长剪力墙住宅为例,利用有限元软件对结构进行了静力弹塑性分析,研究了结构在罕遇地震作用下的非线性反应及损伤情况,指出了此类结构的薄弱部位,并通过与普通剪力墙结构对比分析,提出了优化设计建议。

纵向地震下高速铁路桥梁圆端型实体墩塑性铰长度研究

以纵向地震下高速铁路桥梁圆端型实体墩为工程背景,将桥墩置于全桥体系中,利用弯矩曲率关系程序和有限元软件对桥梁进行弹塑性分析计算,得出不同墩高、不同车速以及不同地震作用组合工况下的高速铁路桥墩塑性铰长度,并与既有试验结果以及各国桥梁抗震设计规范塑性铰长度计算公式相对比。计算结果表明:在设计纵向配筋率、体积含箍率、剪跨比、轴压比下的塑性铰长度经过修正可以满足要求,提出了适合铁路桥梁圆端型墩的塑性铰长度建议计算公式,为高铁桥梁设计提供参考。