独柱墩桥梁抗倾覆加固方法对比与应用分析

以上海某独柱墩加固项目为研究背景,探讨了独柱墩桥梁倾覆机理,对新增钢盖梁、抗拔销、新增立柱等独柱墩加固方法进行了对比分析,对既有独柱墩桥梁的加固提出加固意见。结果表明:钢盖梁、抗拔销、钢(混凝土)立柱等加固方法,均适用于独柱墩桥梁的加固;综合考虑经济性、施工、养护等因素,建议优先采用混凝土立柱加固的方法,对于墩高高于12m或处于水中的墩柱,建议采用钢盖梁加固;对于小半径独柱墩桥梁(拟合半径小于60m),中墩加固后,边墩支座仍有负反力(小于500kN)不满足抗倾覆要求,可以采用抗拔销作为辅助加固措施。

桥梁横向抗倾覆概念设计

相关技术规范对桥梁横向稳定明确了支座脱压和抗倾覆稳定系数的计算方法,但对失效支座反力的计算存在疑问,两者的工况是不同的。支座脱压计算属于正常使用范畴,应考虑所有可能出现的作用;抗倾覆稳定系数计算支座已脱空,间接作用在失效支座不产生反力,且其产生的反力是平衡力系,对桥梁不起倾覆和稳定的作用,因此不计间接作用。关于稳定和失稳力矩的计算公式,隐含倾覆轴,有效支座连线与倾覆侧桥边缘线形成的区域是抗倾覆概念设计的关键,可定性判断倾覆最不利车道和最不利支座。对于独柱墩桥梁抗倾覆的加固,主要有新增支座、改支座支承为墩梁固结、左右幅箱梁连接、增设横向限位和抗拉拔装置方案等,其中新增支座是最常用、最有效的方案。

超宽幅主梁扭背索独塔斜拉桥总体设计

厦漳同城大道沙洲岛特大桥西溪主桥采用(88+200)m扭背索独塔斜拉桥,塔墩梁固结体系。主梁采用钢-混混合梁,其中主跨为整幅钢箱梁,梁宽47 m;边跨为预应力混凝土箱梁,梁宽51 m;钢-混结合面位于主跨距桥塔理论跨径线15 m处。桥塔采用独柱式钢筋混凝土斜塔,总高134.6 m,桥塔向边跨倾斜8°,其下布置整体式承台,钻孔桩群桩基础。斜拉索采用标准抗拉强度1670 MPa平行钢丝拉索,边跨斜拉索为双索面空间扭背索,主跨斜拉索为准单索面。针对超宽桥面,采用空间梁格法分析剪力滞的影响,将混凝土梁纵腹板由6道增至8道。按3 m顺桥向标准间距设置钢箱梁实体式横隔板,可使该桥宽幅主梁偏载、扭转效应导致的应力增量控制在允许范围内。对塔墩梁结合部进行有限元精细化分析,针对应力集中情况,优化局部构造和配筋设计,经计算,优化后结构受力满足设计要求。

独柱墩桥梁抗倾覆分析与加固研究

为减小因车辆偏载、温度作用等可变作用对独柱墩桥梁产生的倾覆破坏,在总结先前学者和专家对独柱墩桥梁抗倾覆分析及加固研究的基础上,以支座反力法和稳定系数法为理论依据,采用Midas/Civil有限元软件对加固后的独柱墩现浇连续箱梁桥进行倾覆稳定性分析。结果表明:两种加固方法都可以提高桥梁的横向抗倾覆性能,采用增设盖梁和支座与采用增设抗拔约束装置加固方法相比,独柱墩支座受压承载力明显减小,稳定系数大幅度提高,独柱墩被加固后的3支座体系可改善桥梁结构受力状态,增设盖梁和支座加固法对独柱墩桥梁抗倾覆安全性优于增设抗拔约束装置加固法。

独柱墩连续箱梁结构受力特征

应用梁格法和简单梁法,以单箱双室独柱墩连续箱梁为例进行比较分析,定性的给出其边、中腹板在特定条件下的受力差异;通过对普通双柱支撑与独柱支撑的对比分析,定性的揭示了独柱墩连续箱梁中横梁的受力特性及其对边中腹板内力分布的影响;最后给出了独柱墩连续箱梁受力的基本特征及设计要点。

考虑动水压力影响的单柱式桥墩地震反应分析

在Morison方程的基础上,用附加水质量法考虑动水压力对桥墩的影响,以单柱式桥墩为研究对象,以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑桩-土动力相互作用的单柱式桥墩地震反应分析模型,考虑土体和桥墩混凝土的动力非线性特征,分析了地震动作用下动水压力对单柱式桥墩的墩顶相对墩底位移、加速度、剪力和弯矩反应的影响,并探讨了水位对单柱式桥墩地震反应特性的影响。结果表明:动水压力改变桥墩的地震反应特性,增大了桥墩顶部相对底部的位移、墩顶绝对加速度和墩底的内力,水位变化影响桥墩的地震反应特性。对于深水桥墩抗震设计计算,考虑动水压力效应、水位变化是有必要的。

单柱式钢桥墩抗震性能校验方法

针对地震作用下钢桥墩的抗震设计问题,首先确定抗震性能校验流程,提出了单柱式钢桥墩性能目标确定方法,其次根据各级抗震性能与损伤级别的对应关系,分析设计荷载产生的设计反应值和结构设计限值的求解问题,建立了结构安全性和震后可使用性的校验公式,给出了采用位移或应变2种性能指标进行校验的限制条件,最后通过单柱式钢桥墩抗震性能校验实例,说明钢桥墩基于性能的抗震校验方法的可靠性.结果表明,与现行校验方法相比,基于性能的抗震校验方法概念清晰、精度较高,易于在工程中推广应用.

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。

独柱墩梁桥倾覆破坏模式与计算方法研究

为弥补现有规范中以刚体转动为代表的抗倾覆计算理论的不足,在系统研究多座独柱墩梁桥倾覆破坏的基础上,总结独柱墩梁桥倾覆的4种破坏模式,提出独柱墩梁桥的倾覆破坏主要受支座挤出和箱梁整体滑移2种破坏模式控制,并形成了独柱墩梁桥抗倾覆破坏承载力实用计算方法及简化计算方法。通过2座独柱墩梁桥倾覆破坏实例验证采用实用方法和规范方法计算独柱墩梁桥抗倾覆承载力的正确性,并进行独柱墩梁桥抗倾覆影响因素分析。结果表明:现有规范中的倾覆计算方法以刚体转动为主,过大地估计了独柱墩梁桥抗倾覆能力;所提出的抗倾覆实用计算方法将独柱墩梁桥抗倾覆承载力分为端部支座抗倾覆和上部结构自重抗倾覆,可较好地模拟倾覆临界荷载;增大支座横向尺寸、减小支座厚度和加大端部支座间距可作为独柱墩梁桥的抗倾覆加固方法。

独柱墩曲线梁桥倾覆轴线研究

为指导独柱墩曲线梁桥抗倾覆能力设计,基于有限元理论和分析方法,利用MIDAS软件建立独柱墩曲线梁桥模型,计算不同车道荷载作用下各支座的反力,得出支座的脱空顺序,确定倾覆轴线。结果表明:当1排车辆从桥的一侧开始向上行驶,最先出现支座脱空的为进入曲线桥的桥台内侧支座,另一侧桥台内侧支座的反力也迅速减小并随后脱空;倾覆轴线为桥台外侧支座与曲线桥其它支座的连线。为了防止独柱墩桥梁在活载作用下发生倾覆,提出了一些如设置抗拉支座、偏心支座等措施。

群桩沉降简化计算方法

将均质土和成层土中的单桩桩顶沉降分成桩端力引起的沉降、桩身压缩和桩侧阻力引起的沉降3部分分别计算,获得单桩沉降后,运用等代墩法可获得群桩的平均沉降。单桩沉降计算方法可考虑桩端力与桩端位移的非线性关系和桩侧阻力引起沉降的非线性特性,同时计算方法可考虑桩身压缩对桩顶沉降的贡献。算例分析表明,计算值与实测值和其他方法的计算值有较好的一致性,验证了该方法的合理性。

梁桥倾覆机理、破坏模式与计算方法研究

文章在系统调研多座独柱墩梁桥倒塌现场的基础上,提出梁桥倾覆的3个阶段和4种可能的破坏模式,得出梁桥抗倾覆包括变形体转动、自重和刚体转动三部分,并在对现有倾覆计算方法进行分类的基础上,建立与破坏模式相适应的倾覆计算方法。以浙江上虞春晖桥、哈尔滨三环路鸿福路段和赣粤高速河源出口匝道桥为算例,综合比较各种倾覆计算方法的适用性和准确性。研究结果表明,首先,横向转动到一定角度滑动是梁桥倾覆的主要破坏模式,尤其是对于半径小于一定程度的曲线梁桥;其次,《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)中新提出的倾覆计算方法本质上是基于变形体转动,未考虑刚体转动和自重的有利影响,可较保守地计算梁桥倾覆承载力;第三,自重通过箱梁线型或支座尺寸参与抗倾覆,考虑支座尺寸影响的变形体转动倾覆承载力计算结果更接近于实际倾覆荷载;最后,综合考虑变形体转动、自重和刚体转动的几何非线性有限元模型可以较好地模拟独柱墩梁桥倾覆极限承载力。

基于频率合成的桩基础独柱桥墩横向振动基频的解析算法

采用桩基础的桥墩,在荷载作用下承台将产生一定的位移,即桩基础对桥墩下部约束是弹性的。此外,桥墩横向振动时,桥梁上部结构通过支座对墩顶又具有约束作用,在进行桥墩基频计算时应考虑墩底和墩顶的弹性约束。本文采用Rayleigh和Southwell频率合成法,将基频表示成各惯性元与复位元所组成的子系统的频率合成,导出了桩基础独柱桥墩横向自振频率的显式表达式。将根据具体实例与解析算式得到的结果与实测值、有限元方法计算值比较,结果表明:该公式计算值与实测值相比误差为1.7%,与有限元法计算值相比误差不超过4.31%,具有较高的精度。同时分析了不同参数对桥墩横向自振频率的影响,验证了Southwell频率合成法的正确性,对桩基础刚度参数的动力识别具有重要理论意义。

基于单桩荷载试验的群桩荷载与位移关系模拟

为了建立单桩荷载与位移的统一计算方法,基于荷载传递理论和现场模型试验结果,采用双曲线的模型来模拟实测的τ-s以及σ-sb曲线,回归相关参数,通过迭代计算得到单桩的Q-s曲线,与实测的Q-s曲线比较吻合。基于等效墩模型,应用单桩双曲线模型参数,对群桩荷载与位移进行了模拟,并与实测结果进行了对比,还对参数β和g的取值进行了分析。结果表明对于6组试验群桩,当β=0.3时,模拟曲线的初始刚度与实测结果基本吻合,而参数g则在区间0.15~0.4之间变化,只要参数选取合理,采用等效墩模型计算群桩基础是合适的。

表孔闸墩颈部钢筋混凝土非线性有限元分析

针对闸门承担大推力会使闸墩颈部产生明显的应力集中问题,采用单弹簧联结单元模拟钢筋混凝土的粘结滑移作用,同时引入混凝土四参数损伤模型模拟混凝土的非线性特性,对运行期短暂工况下某重力坝#5表孔闸墩颈部进行钢筋混凝土三维非线性有限元计算,分析了钢筋的作用效果。结果表明,钢筋可在一定程度上减轻损伤程度并限制损伤范围,使局部混凝土的受力状态得到改善;闸墩颈部的钢筋总体应力水平不高,裂缝开展宽度较小。最后调整配筋方案,计算结果说明在满足构造要求的前提下,适当减小配筋量是可行的。

考虑材料非线性的船舶与单墩碰撞有限元数值模拟

为了可靠地评估船舶与单墩碰撞的撞击力及墩柱响应,利用ANSYS/LS-DYNA建立了一个详细的船墩碰撞数值模型.船艏采用壳单元模拟外部钢板,梁单元模拟内部桁架,并采用弹塑性材料对船艏钢材进行模拟;对墩柱进行配筋,并采用非线性材料来模拟墩柱混凝土以便真实地反映材料特性,墩顶施加集中质量来模拟上部承重.以内河船舶为例,研究了墩身材料、船舶载重和碰撞速度对船舶撞击力及单墩响应的影响.研究结果表明:假定单墩为刚性或弹性材料得到的撞击力峰值和有效撞击时间均偏大,且碰撞速度越大,其差距越大,混凝土材料的非线性对船墩碰撞模拟结果有较大的影响;增大船舶质量和碰撞速度均使撞击力峰值和碰撞持续时间增加,而船舶撞击速度对撞击力峰值有显著的影响,碰撞持续时间主要取决于船舶载重.

独柱墩桥梁增设钢盖梁设计与验算分析

为了确保某独柱墩桥梁的稳定性,文中采用在独柱墩上增加钢盖梁的加固处理,并用MIDAS-civil等有限元计算软件对该桥独柱墩进行建模计算并对钢盖梁进行结构分析,结果表明该桥的抗倾覆稳定性及钢盖梁满足现行规范要求,为同类工程设计提供参考。

单振型反应谱法修正方法的桥墩质量换算系数研究

在减隔震桥梁计算中,采用单振型反应谱法修正方法计算时,结构位移和墩底剪力的计算精度较高,但桥墩间添加横系梁后,结构横桥向墩底剪力的计算精度有所降低。为进一步完善单振型反应谱法修正方法,减小横桥向第2阶振型下的桥墩换算质量的计算误差,对桥墩质量换算系数的双折线法、直接积分法、系数法进行对比研究。结果表明,根据文中给出的最佳桥墩质量换算系数值,运用系数法计算时,结构顺、横桥向的第2阶周期、支座位移、盖梁顶位移的计算精度较高,横桥向第2阶振型下的桥墩换算质量的计算误差进一步减小,墩底剪力的计算精度有所提高,单振型反应谱法修正方法更加简便。

支座预偏心对独柱曲线连续梁桥扭矩重分布的影响

文章介绍了支座预偏心对独柱式点支承曲线连续梁扭矩重分布的影响,并阐述了图解法确定各支座最优预偏心的方法和步骤,最后以某一3跨独柱式点支承小半径的弯箱梁桥为例来进一步说明图解法对曲线梁扭矩调整的过程,且该方法可以推广应用到全部为抗扭线形支承的曲线连续梁。

独柱墩曲线箱梁桥抗倾覆实用计算方法研究

独柱墩曲线箱梁桥倾覆事故时有发生且其抗倾覆计算方法较为复杂。为探讨该类桥梁抗倾覆计算的简易方法,基于力学原理,提出了稳定效应的实用计算方法,并结合实例采用Midas Civil有限元计算结果进行验证。研究结果表明:2种方法的计算结果之比在0.953~0.991之间,验证了该方法具有较好的适用性。采用该实用计算式对实例进行了计算,其稳定系数之比在0.978~1.000之间,也验证了该方法的计算结果具有较高的精度。可为独柱墩曲线箱梁桥抗倾覆稳定系数的计算提供借鉴。