圆端形桥墩侧向紊流宽度的试验研究

在水槽中进行概化试验,采用三维声学多普勒测速仪(ADV)测量圆端形桥墩周围三维流场及紊动强度分布.分析有桥墩时的紊流强度垂向分布及有、无桥墩时紊流强度比值的横向分布变化,分析结果表明,垂线上紊流强度最大位置在0~0.2h与0.8h^1.0h两个区间,桥墩对紊流强度的变化影响存在极值,极值大小和出现位置与流速有关,流速越大,极值越大,且极值位置与桥墩的距离也越大.根据极值出现位置离桥墩距离确定紊流宽度,给出了桥墩紊流宽度与弗汝德数的关系.

环翼式防冲板对圆端形桥墩局部冲刷试验及水力特性

由于传统桥墩冲刷防护措施的局限性,引入新型防冲装置-环翼式防冲板,对圆端形桥墩冲刷进行防护,通过减小下降水流改变桥墩周围水流结构,主动降低了下降水流对桥墩的冲刷。为探究环翼式防冲板对圆端形桥墩局部冲刷的防护作用,采用3种比例圆端形桥墩、3种环翼式防冲板安装位置进行物理模型试验,对圆端形桥墩周围的冲坑特征、垂向流速、垂向紊动强度、紊动切应力等水力要素进行研究。结果表明:安装环翼式防冲板后,3种圆端形桥墩冲刷程度均减小,中圆端形桥墩冲刷减小幅度最大,冲坑体积减小率为30.0%;中圆端形桥墩安装环翼式防冲板后,墩前垂向流速减小为0.039m/s、垂向紊动强度减小为0.025m/s;防冲板上垂面紊动切应力增大,板下垂面紊动切应力减小。试验结果表明环翼式防冲板能够减小桥墩的局部冲刷,具有很高的实用价值。

高速铁路HRBF500钢筋混凝土圆端形桥墩抗震性能试验研究

为了研究纵筋采用500 MPa级细晶粒钢筋的高速铁路圆端形桥墩的抗震性能,对4个配置HRBF500钢筋和1个配置HRB335钢筋的圆端形桥墩试件进行了拟静力试验.试验参数主要包括纵筋强度、轴压比、配筋率和箍筋加密区的拉筋数量.试验结果表明:配置HRBF500钢筋的圆端形桥墩抗震性能变化规律与配置HRB335钢筋的圆端形桥墩基本相同;配置HRBF500钢筋可以显著减少桥墩纵向钢筋的用量,提高桥墩的承载力并具有良好的抗震延性;增加轴压比或提高配筋率均可提高桥墩的承载力,但同时也会减小其变形能力;在墩底箍筋加密区增加拉筋的数量可明显提高桥墩的延性.研究表明,配置HRBF500钢筋的圆端形桥墩具有良好的抗震性能,可在高速铁路工程中安全应用.

破碎波作用下圆端形桥墩受力特性数值模拟

当波浪由外海向跨海桥梁所在的近岸海域传播时,随着水深急剧变浅,波浪会发生破碎。强非线性的破碎波会给桥墩结构带来极大冲击作用。基于计算流体力学(CFD)数值软件Flow-3D建立三维数值水槽,造波边界设为斯托克斯五阶波。通过在数值水槽中建立逐渐浅化的三维地形,采用k-ω湍流模型求解雷诺平均N-S(RANS)方程,模拟破碎波冲击桥墩。与前人水槽试验及数值模拟结果进行比对,验证数值水槽的有效性。采用验证过的数值水槽,研究了不同入射波高和周期下的破碎波浪特性,计算了不同长宽比圆端形桥墩在不同入射波高的破碎波作用下受力和流场变化,讨论了最大压强作用点、准静态力和冲击力随桥墩长宽比的变化规律。研究表明:与前人试验和数值模拟相比,所建立的数值水槽具有较高精度;圆端形桥墩破波力随桥墩长宽比增大,先增大后趋于稳定,破波力峰值随着入射波高的增大而增大,同时,圆端形桥墩破波力峰值主要由冲击力控制。进行跨海桥梁圆端形桥墩设计时,应重点关注桥墩长宽比和破碎波冲击力的影响。

圆端形桥墩裂缝成因分析及处理

裂缝在素混凝土结构尤其是大体积素混凝土结构中很难避免,裂缝的出现对结构造成安全隐患,降低了结构的耐久性。文章针对某铁路桥圆端形桥墩出现的裂缝,分析了其产生的原因以及对结构和耐久性的影响,提出了补强加固的处理方案,为同类型桥墩裂缝的修补提供参考。

高铁桥梁圆端形桥墩延性性能影响因素研究

以某高铁桥梁圆端形桥墩为工程背景,运用ucfyber软件研究了混凝土强度、轴压比、配筋率、保护层厚度等参数对圆端形桥墩延性性能的影响。分析结果表明,混凝土强度过高和过低对结构的延性均有不利影响;轴压比的增加使桥墩的延性耗能能力迅速降低;增加纵向配筋率对桥墩的延性耗能能力同样不利;保护层厚度对桥墩延性性能的影响相对较小;圆端形桥墩横桥向的延性性能优于顺桥向。

孤立波作用下不同长宽比圆端形桥墩受力数值分析

为研究极端波浪灾害对近海铁路桥墩的水动力作用,基于CFD数值软件进行入口边界造波,结合k⁃ω湍流模型求解RANS方程,采用孤立波模拟极端波浪,建立数值水槽,并利用理论公式验证了数值水槽的可靠性。为探究桥墩长宽比对圆端形桥墩受力的影响,在数值水槽中开展了孤立波作用下不同长宽比(L/D)圆端形桥墩的三维数值模拟,研究了圆端形桥墩长宽比对桥墩周围波浪爬高、流速及桥墩波浪力的影响。研究结果表明:不同长宽比圆端形桥墩最大波压均发生在静水液面位置;桥墩长宽比对波浪爬高、墩周流场影响明显;圆端形桥墩受到的最大波浪力、墩底最大弯矩随着长宽比的增加而增加,当长宽比较小时,二者呈线性关系。

平原河道圆端形桥墩阻水特性研究

为了解平原河道圆端形桥墩的阻水特性,建立模拟桥墩壅水的平面二维水流数学模型,采用水工模型试验数据对数学模型进行了验证,基于数学模型研究了圆端形桥墩绕流流场结构和壅水特性,分析总结了桥墩阻水比和上游来流流速对桥前壅水和墩前冲高的影响规律。结果显示:桥前壅水与墩前壅高的影响范围不同,桥前壅水影响范围很大,桥址上游3.5 km处的壅水高度仍占到桥前最大壅高的一半以上;墩前冲高影响范围较小,墩前8倍墩宽是冲高影响范围的极限,但冲高值较大,比桥前最大壅高大一个数量级。桥前壅水及墩前冲高均与桥墩阻水比呈正相关关系,其中桥前壅高值随阻水比增大而快速增大,而墩前冲高值随阻水比增大而增大的速率相对较小。桥前壅水及墩前冲高随上游来流流速的增大而迅速增大,均近似与流速的二次方成正比。

多维地震作用下高铁桥梁圆端形桥墩易损性分析

圆端形桥墩在高铁桥梁中应用广泛,为研究其在多维地震动作用下的易损性,首先基于OpenSees建立了某典型三跨高铁连续梁桥的非线性动力分析模型;然后以相对位移延性比为桥墩的损伤指标,确定了固定中墩各破坏状态的相对位移延性比界限值;最后,在考虑地震动输入角的基础上,基于易损性分析方法,对比分析了固定中墩顺桥向和横桥向的地震响应。结果表明:①同一地震动输入角下,固定中墩顺桥向的墩顶峰值位移平均值远大于横桥向;②当PGA值和地震动输入角都相同时,固定中墩顺桥向达到各破坏状态的概率明显大于横桥向,因此,在设计时应优先考虑顺桥向的破坏概率;③固定中墩顺桥向各破坏状态易损性云图的波动性明显大于横桥向,所以地震动输入角对固定中墩顺桥向的影响不容忽视。

高地震区双线圆端形桥墩计算研究

圆端形桥墩是现代铁路建设中最普遍使用的结构样式。论文运用有限元程序对高地震区情况下不同场地中的圆端形桥墩进行受力分析及配筋检算。

蒙内铁路圆端形桥墩托盘、顶帽裂缝分析与加固

在铁路桥圆端形桥墩设计中,托盘受力较为复杂,针对蒙内铁路桥梁部分墩台出现裂缝的情况,对铁路桥墩托盘顶帽建立实体模型并进行力学分析。对比分析在不同工况及加固方案下,桥墩托盘的受力分析结果。研究表明:采用CFRP材料对托盘裂缝处进行加固处理后,托盘的应力明显减小。此研究结果对托盘裂缝处理有一定的实际指导意义。

铁路圆端形桥墩无拉筋复合模板设计

通过圆端形桥墩无拉筋复合模板的设计实例,介绍该种模板的构造、理论计算方法及其特点。无拉筋复合模板,既不设置拉筋,也不设置单独的支撑体系,其支撑体系与模板融为一体,使用起来方便简单。另外,在模板的侧面设有人行爬梯,顶部装有施工平台,施工时不需要另外搭设施工脚手平台。

含坡率圆端形桥墩可调模板翻模施工技术

含坡率圆端形桥墩是铁路桥梁工程中最常用的桥墩结构,本文结合工程实例,阐述了含坡率圆端形铁路桥墩使用可调半径模板翻模法施工技术的工艺原理及施工流程,分析了该施工技术的质量控制重点及措施,并与整体模板施工效果进行对比分析,发掘类似工程应用该技术的优势及前景。

波浪入射角度对圆端形桥墩模型水槽试验阻塞效应影响

模型水槽试验是开展桥梁墩柱结构波浪作用研究的常用手段之一,当桥墩模型尺寸较大时,阻塞效应对桥墩模型波浪作用的影响不可忽略。桥墩常用的圆端形截面非中心对称,其波浪荷载受波浪入射角度影响大,但波浪入射角度对模型试验阻塞效应的影响尚未完全清楚。因此,开展了不同尺度、不同波浪入射角度下圆端形桥墩波浪荷载水槽试验,分析了波浪入射角度对阻塞效应的影响;建立了基于雷诺时均(RANS)方程和k-ε湍流模型的三维数值波浪水槽,采用质量源造波,揭示了不同阻塞比下波浪力的变化规律,探明了不同波浪入射角度下的临界阻塞比;考虑不同波浪入射角度的影响,提出了阻塞效应影响下的圆端形桥墩模型波浪力修正方法,并结合数值模拟验证了方法的合理性。研究结果表明:①阻塞效应会增大圆端形桥墩受到的正向波浪力;②波浪入射角度会对圆端形桥墩的阻塞效应产生影响,从而导致不同波浪入射角度下的临界阻塞比不同,但临界水槽宽度为6倍桥墩阻水宽度时便可有效避免阻塞效应的产生;③以正向波浪力峰值为研究对象求得了修正系数,并提出了圆端形桥墩在任意波浪入射角度下受阻塞效应影响的波浪力修正公式,且修正效果较好。相关研究成果对跨海桥梁波浪作用水槽试验、波浪荷载计算等具有参考价值。

小剪跨比铁路圆端桥墩拟静力试验及易损性分析

为厘清小剪跨比圆端铁路桥墩横桥向的地震损伤机理,以国内某铁路沿线桥梁为参考开展3组缩尺比1∶8的拟静力试验,对滞回曲线的延性、残余位移、滞回耗能和刚度退化4个方面进行分析,以试验结果为参考使用OpenSees建立纤维截面有限元模型并进行耐震时程动力计算,以桥墩的位移延性比为损伤指标,基于试验中观察得到的4个关键节点定义无、轻微、中度、严重和完全损伤5种损伤状态之间的位移延性比临界值,通过易损性分析桥墩的损伤发展历程。研究结果表明:1)配筋率从0.3%提升至0.7%,桥墩的承载能力提高至1.37倍,极限位移提高至1.22倍,最终残余位移提高至1.55倍,耗散能量增加至1.80倍,初始刚度提升至1.08倍,最终刚度提升至1.12倍。提高配筋率可以提升桥梁抗震性能,也能增加桥梁抗震韧性。2)当桥墩配筋率由0.3%提至0.7%时,在多遇地震下,轻微损伤概率从87.2%降为29.8%;在设计地震下,中度损伤的概率从63.5%降为30.0%;在罕遇地震下,严重损伤的概率从61.7%降为16.4%。纵筋配筋率可以大幅降低桥墩的损伤概率,提升桥墩的抗震性能。3)在现行铁路规范允许的延性系数为4.8时,3个桥墩均处于严重损伤的阶段。当发生罕遇地震时,3个桥墩出现完全破坏的概率为6.4%、0和1.4%,小剪跨比圆端铁路桥墩在强震作用下具有一定的抗震安全储备。

考虑端部形状影响的矩形桥墩局部冲刷试验研究

文章以宽度相同、长度不同的矩形桥墩为研究对象,考虑矩形、圆端形、三角尖形3种典型端部形状,在铺设10 cm等厚定级配沙的矩形长直水槽内进行不同流速下桥墩局部冲刷室内试验,量测不同时刻桥墩周边测点流场、墩周冲刷坑深度等参数,结合基本理论对桥梁基础局部冲刷进行研究。结果表明:圆端形和三角尖形端部桥墩墩前下降水流和墩周马蹄形涡流强度较矩形端部小;在相同条件下,圆端形端部桥墩最大冲刷坑深度相对于矩形端部桥墩减小34.9%,而三角尖形端部桥墩最大冲刷坑深度相对于矩形端部桥墩减小66.7%;在保证矩形桥墩长宽比L/B≥2的前提下,当弗劳德数Fr≤0.111时L/B越小,墩周冲刷破坏程度越小,而当0.148≤Fr≤0.185时则相反。根据河道不同流速合理选择墩型,能够更好地预防冲刷破坏。试验结果可为桥墩局部冲刷设计提供参考。

高速铁路圆端形实体桥墩抗震性能试验研究

圆端形实体桥墩在高速铁路中广泛使用,有纵横方向长度比大,纵筋率较小等特点,目前该类桥墩已有的试验缺乏系统性和完善性,其抗震性能研究还不够充分。以当前高速铁路中常见的圆端形截面桥墩为原型,根据模型相似理论,改变影响抗震性能主要因素的设计变量,按正交试验设计方法,设计9根桥墩缩尺模型。在考虑恒定轴向力的作用下,进行低周反复荷载试验,得到不同桥墩模型的破坏特性、滞回曲线,依此分析各因素水平下桥墩的延性、耗能性能、刚度与强度退化规律。通过试验回归分析,比较分析剪跨比、轴压比、纵筋率与体积配箍率等4个因素对延性性能的影响程度。试验结果表明,纵筋率较低的圆端形实体桥墩的滞回曲线呈显著的捏缩状,轴压比和纵筋率的提高都将使桥墩的延性减小,而剪跨比与体积配箍率对延性影响较小。当纵筋率较低时桥墩的耗能性能较差,而提高纵筋率能够显著提高桥墩的耗能性能。

圆端形铁路桥墩变形能力分析方法研究

研究目的:目前,国内外桥梁抗震设计规范普遍采用基于墩底截面弯矩-曲率分析和塑性铰模型的变形能力分析方法来定量计算桥墩在水平地震下的延性能力,为了考察这种分析方法在我国铁路桥墩抗震设计中的适用性,对当前尚缺少研究的圆端形铁路桥墩的变形能力进行理论分析和试验验证。研究结论:(1)圆端形桥墩试件变形能力的理论计算结果与试验结果非常吻合,基于墩底截面弯矩-曲率分析和塑性铰模型的变形能力分析方法适用于圆端形铁路桥墩的抗震设计;(2)圆端形铁路桥墩的等效塑性铰长度经验公式和塑性铰区最大容许转角的延性安全系数的取值可以与我国JTG/T B02—01细则和CJJ166规范的规定相一致;(3)本文给出的圆端形桥墩变形能力分析方法为我国铁路桥梁圆端形桥墩的延性抗震设计提供了方法和依据。

双线圆端形空心桥墩顶帽应力分析

空心桥墩的顶帽受力复杂,简化的平面计算难以确定顶帽内的应力分布。使用通用有限元程序ANSYS建立双线圆端形空心桥墩顶帽的空间模型,分析了在竖向荷载与温度荷载作用下,顶帽的应力分布特征。指出在顶帽顶面和托盘底面都存在较大的拉应力,设计中应采取有效措施,保证空心桥墩顶帽的正常工作。

圆端形桥墩数值模拟防护研究

本文采用数值模拟与理论分析相结合的手段,从圆端形桥墩周围行进水流的特征和变化进行研究分析。模型试验中采用环翼式防冲板对桥墩进行防护。通过Flow-3D流体力学软件进行数值模拟分析,得出圆端形桥墩周围行进水流及其流场变化情况;研究圆端形桥墩绕流流场特征和桥墩冲刷特点,探索圆端形桥墩绕流和冲刷之间的关系,以期为圆端形桥墩绕流及冲刷研究提供理论依据和新的研究思路。