爆炸荷载下预制节段拼装双层钢管混凝土墩柱的动力响应数值模拟

为提升装配式公路桥梁的抗爆防护能力,提出了一种新型预制节段拼装双层钢管混凝土(PS-CFDST)组合墩柱.基于非线性显式动力分析程序LS-DYNA建立了新型PS-CFDST墩柱在爆炸荷载作用下动力响应分析的精细有限元模型,并通过已有试验结果验证了模型的准确性.对爆炸荷载作用下PS-CFDST墩柱的动力响应进行数值模拟分析,研究了PS-CFDST墩柱在爆炸荷载作用下的破坏过程、损伤机理和耗能机制.运用参数化分析方法,研究了爆炸距离、节段数量和预应力水平等关键参数对PS-CFDST墩柱动力响应的影响,并在此基础上提出了PS-CFDST墩柱的抗爆设计建议.结果表明:PS-CFDST墩柱除通过材料塑性损伤耗能之外,节段接缝界面滑移耗能机制对耗能贡献可达40%以上;增大墩柱可接近距离是提升墩柱抗爆安全性的有效手段,增大预应力有利于减小柱中最大水平位移和墩底剪切滑移,从而提升PS-CFDST墩柱的抗爆性能.

新型预制节段拼装桥墩抗震性能及塑性铰区变形分析

为探究采用两种不同连接方式(Fiber Reinforced Concrete(FRC)+锥套锁紧纵筋和Ultra-High Performance Concrete(UHPC)+纵筋错位搭接)预制节段拼装桥墩塑性铰性能,设计并制作了4组大比例缩尺(1∶2.5)桥墩。通过拟静力试验,采用数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术得到应变场和位移场,利用应变场和位移场捕捉并计算4个桥墩试件塑性铰区的裂缝发展趋势和宽度。结果表明:在大比例尺试件上,采用DIC技术测量位移具有较高的可靠性。4个桥墩试件加载至中高水平荷载时塑性铰区位移呈现非线性变化,具有明显的塑性位移发展趋势;两种连接方式接缝处裂缝宽度约为其他部位的2~8倍,表明接缝处为预制节段拼装桥墩变形的主要集中区域。

底部填芯预制节段拼装桥墩抗震性能数值仿真分析

为促进预制节段拼装桥墩在山区复杂环境及强震地区的应用,提出了一种底部填芯的预制节段拼装桥墩,采用ABAQUS有限元模型讨论了填芯段高度、初始张拉力和耗能钢筋配筋率等关键参数对底部填芯预制节段拼装桥墩抗震性能的影响规律。研究结果表明:随着填芯段高度的增大,底部填芯预制节段拼装桥墩的承载能力和耗能能力显著提高,但残余位移和填芯段上部接缝开口宽度也增大;随着初始张拉力的增大,底部填芯预制节段拼装桥墩承载能力和耗能能力略有提高,残余位移和墩底混凝土损伤程度基本不变;随着耗能钢筋配筋率的增大,底部填芯预制节段拼装桥墩承载能力和耗能能力提高,但填芯段上部接缝开口宽度增大。研究结果可为底部填芯预制节段拼装桥墩合理构造提供参考,促进预制拼装桥墩在山区复杂环境和强震地区的应用。

节段拼装变截面波形钢腹板连续组合箱梁的剪切性能试验研究

为了研究节段预制拼装波形钢腹板连续组合箱梁的抗剪性能,制作两片缩尺试验梁,包括节段拼装变截面波形钢腹板连续箱梁和相同尺寸的整体浇筑变截面波形钢腹板连续箱梁.通过静力试验和数值分析,得到了节段拼装梁的剪应力分布规律、波形钢腹板承剪比例等.结果表明:在中跨对称加载作用下,中跨1/4位置处节段拼装梁与整体梁波形钢腹板的剪应力沿梁高方向均匀分布,节段拼装梁的剪应力值要大于整体梁的相应值.推导出节段拼装变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算公式,并考虑施工工艺对剪应力的影响,通过与实测值对比验证公式的准确性.两片试验梁的波形钢腹板的承剪比受荷载影响较小,保持一个恒定的比例;两片试验梁在中支座位置处的钢腹板承剪比均为50%,并沿着试验梁纵向方向向两侧不断增大;在中跨1/4位置,节段拼装梁钢腹板的承剪比达到85%以上,整体梁的钢腹板在该位置的承剪比在75%左右,两片试验梁在边跨相应位置承剪比相差不大.将适用于节段拼装混凝土箱梁的AASHTO接缝抗剪强度计算公式乘0.9可用于接缝截面抗剪承载力计算;上述公式值与试验值、有限元结果的误差在5%左右,可以较好地预测钢混组合结构胶接缝的抗剪强度.

外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土桥墩抗震性能分析

为了进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构在中、高烈度地区的应用,减少桥墩的震后损伤及修复成本,提出一种外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)桥墩。基于ABAQUS有限元分析软件建立无耗能装置、外置拱形钢板、外置竖直钢板、外置拱形耗能装置的四节段预制拼装CFST桥墩模型,并在往复位移加载作用下对各模型的抗震性能进行对比分析。研究结果表明:外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩具有较好的水平承载力、较高的初始刚度以及较强的耗能能力,与外置竖直钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力提升了约11.9%,初始刚度提升了约2.5%;与外置拱形钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约28.8%、4.6%和13倍;与无耗能装置的预制拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约39.4%、10.4%和18.1倍;外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩在整个位移加载阶段残余位移均保持在1 mm之内,偏移率不超过1%,且损伤集中在拱形耗能装置上,能够实现震后的快速修复。

外置新型粘弹性阻尼器节段拼装桥墩抗震性能研究

为了使节段拼装桥墩可以满足在地震条件下快速修复的新要求,促进其在中高烈度地震区的推广使用,提出了一种外置于桥墩底部的新型粘弹性阻尼器用以提高桥墩的耗能能力。本文介绍了新型粘弹性阻尼器的内部结构及安装方式,并基于OpenSees有限元分析软件建立带有阻尼器的节段拼装桥墩模型,与带有接缝的节段拼装桥墩模型进行滞回对比分析。分析结果显示:外置粘弹性阻尼器能够实现震后可修复,与未安装阻尼器的节段拼装桥墩相比,粘弹性阻尼器附加给了桥墩刚度和阻尼,既提高了桥墩的承载能力,又最大限度地提高了桥墩的耗能能力。

多幅节段拼装梁双机同步逐孔架设施工技术

以南昌洪都大道快速化改造项目主线桥为背景,研究了预制节段梁拼装梁施工技术,采用两台节段梁拼装架桥机进行多幅梁体同步拼梁施工,解决了大挑臂横梁不平衡受力问题,实现双幅预制节段大箱梁双幅同步拼装施工,提高节段梁拼装安全性,而且提高了节段拼装精度和拼装工效,研究成果可为相关工程提供借鉴。

大跨度简支箱梁施工中膺架法节段拼装技术的应用

为分析大跨度简支箱梁桥节段拼装施工膺架法应用的技术要点,以某跨河特大桥简支箱梁桥为例,提出将膺架法和节段拼装技术结合进行简支箱梁桥施工的思路,对膺架结构和受力计算进行分析,并对节段箱梁预制、吊装及调位,线形调整,湿接缝施工,张拉及压浆的施工关键技术进行分析。结果表明,膺架法节段拼装技术施工快捷、节省成本、安全可靠,可在同类型桥梁工程中推广应用。

大重量箱梁节段拼装线形与架桥机变形协调研究

为了解决大重量箱梁节段拼装线形与架桥机变形协调问题,文章以某高速铁路56m节段箱梁为背景,采用有限元模拟与荷载试验相结合的方法,开展节段梁拼装线形与架桥机变形协调研究,结果表明:架桥机数值模拟应力结果与实测结果拟合较好;架桥机弹性变形数值模拟结果与实测结果最大偏差<4%;根据数值模拟结果,通过理论计算公式能够得到吊杆调节量来进行变形协调控制;这种节段梁拼装线形与架桥机变形协调控制方法具有较强实用性。

预制节段拼装城市高架桥梁结构体系分析

为研究预制节段拼装城市高架桥梁适宜的结构体系,以江西省南昌市洪都大道3×35m预制节段拼装桥梁为背景,通过建立空间杆系有限元模型,分别研究中墩固结、边墩固结的全固结体系和中墩固结、边墩设支座的半固结体系下结构的受力性能。然后在全固结体系下,研究桥墩刚度、预制节段梁龄期对结构受力的影响。研究结果表明:预制节段拼装城市高架桥梁采用中墩固结、边墩设支座的半固结体系具有更好的综合性能;减小桥墩抗推刚度、增加预制节段存梁时间可显著改善结构的受力性能。

城市高架轨道交通节段拼装桥梁施工及控制技术

以城市高架轨道交通节段拼装桥梁施工及控制技术为研究对象,对城市高架轨道交通的发展与需求进行分析。在城市高架轨道交通施工中,节段拼装桥梁施工技术发挥出了重要的作用。文章介绍了桥梁节段拼装技术和施工控制技术的具体方法和应用要点,并对该技术未来的发展趋势和需要进一步研究解决的问题进行了展望。希望这项技术能在城市高架轨道交通施工中得到更广泛、有效的应用。

大跨径贝雷梁支架系统在节段拼装的设计与应用

为解决澳门一轻轨工程机场跨线桥段上部结构施工空间狭小,常规悬臂拼装、架桥机和支架拼装均无法满足节段梁拼装工程环境要求的问题,通过midas civil有限元分析软件设计大型跨径贝雷梁钢管支架系统,进行支架体系受力验算。在保证下方道路交通正常通行的情况下,预制梁体的节段拼装和张拉施工按期完成,为类似节段梁拼装施工提供相关思路。

考虑自复位影响的预应力节段拼装桥墩地震损伤模型

预应力节段拼装桥墩在地震作用下具有良好的自复位能力,而既有的损伤模型无法准确评估预应力节段桥墩的地震损伤。鉴于此,有必要研究预应力节段拼装桥墩的地震损伤模型。从预应力节段桥墩的自复位特点和损伤机理出发,对自复位性能表征方法进行简化,提出采用自复位修正因子来对桥墩在地震作用下的累积耗能进行修正,从而获得考虑桥墩自复位性能的地震损伤评估模型。在此基础上,划分预应力节段拼装桥墩的损伤状态,最后验证该地震损伤模型及损伤分级方法的适用性。结果表明:预应力节段桥墩的自复位性能与耗能损伤之间呈现明显的相关性,考虑桥墩自复位的地震损伤模型和分级方法适用于不同的预应力节段拼装桥墩,为定量评估预应力节段拼装桥墩在地震作用下的损伤程度打下基础。

爆炸冲击作用下节段拼装桥墩反射超压分布规律分析

分析桥墩在爆炸冲击作用下的反射超压是研究其动态响应的基础。采用ANSYS/LS-DYNA建立节段拼装桥墩受爆的三维实体分离式模型,并通过既有试验来验证建模方法的可靠性。以桥墩结构形式、节段数目、爆炸比例距离及爆心高度等为设计变量,分析其对节段拼装桥墩冲击波反射超压分布规律的影响。研究结果表明:爆炸冲击作用下节段拼装桥墩的反射超压分布规律与整体现浇桥墩有显著差别;在桥墩节段数目及爆心高度不变的情况下,桥墩反射超压随比例距离的减小而增大;当爆炸高度接近桥墩接缝时,接缝位置处会产生相当大的反射超压;基于分析数据,拟合得到不同比例距离爆炸作用下节段拼装桥墩和整体式桥墩反射超压分布的简化计算公式,可为研究桥墩受爆的动态响应及其抗爆设计提供参考。

预制节段拼装双柱桥墩的抗震性能

为推动新材料和新技术在预制节段拼装双柱桥墩的应用,提出2种节段拼装双柱桥墩装配式方案,包括锥套锁紧钢筋接头-纤维增强混凝土(FRC)和纵筋搭接-超高性能混凝土(UHPC)连接方案,设计制作3个双柱桥墩缩尺模型,通过拟静力试验研究各模型的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性性能、刚度退化和耗能能力,对比采用2种装配式方案模型与现浇模型的主要抗震性能指标。研究结果表明:相比现浇模型,采用锥套锁紧钢筋接头-FRC连接的双柱桥墩最大承载力提高了0.4%,延性系数提高了10.4%,总体的滞回耗能提高了9.0%,承载能力和抗震性能达到甚至略优于现浇模型,达到“等同现浇”;相较于现浇模型,采用纵筋搭接-UHPC连接的双柱桥墩,最大承载力降低了20.2%,极限位移仅为62.2 mm,耗能能力和延性表现不佳。潜在塑性铰区混凝土材料延性是影响节段拼装双柱桥墩结构抗震性能的重要因素,相比搭接形式,锥套连接更能保证桥墩结构在地震作用下的可靠传力。适度提高轴压比有助于提高抗震性能,增大纵筋配筋率会显著增强承载能力和抗震性能,增加箍筋加密区高度可减小残余变形并提高滞回耗能能力。

预制节段拼装双层钢管-混凝土组合墩柱抗震性能分析

为研究预制节段拼装CFDST墩柱的抗震性能,开展了预制节段拼装CFDST墩柱拟静力试验,并采用有限元软件ABAQUS对墩柱力学行为进行数值模拟,分析素混凝土层、初始预应力度和节段数量对墩柱抗震性能的影响.结果表明:在水平往复荷载作用下,墩柱未出现明显破坏,滞回曲线呈明显旗帜形,最大残余偏移率为0.18%,具有良好的自复位性能;最大偏移率为5.25%时,轴向预应力损失约为10.20%,墩身变形主要来自接缝处开口,正、负向最大累计开口量分别达到10.70和12.35 mm,存在明显的多转角变形模式;数值模型可以较好地模拟墩柱的非线性力学行为;考虑节段间素混凝土层可以更为合理地模拟墩柱滞回性能,提高初始预应力度可增强墩柱强度和耗能能力,而节段数量则对墩柱滞回性能影响较小.

大当量爆炸作用下预制节段拼装双层钢管混凝土墩柱的失效模式

为提升装配式公路桥梁的抗爆防护能力,提出将双层钢管混凝土柱应用于桥梁下部结构的预制节段拼装墩柱体系。对预制节段拼装双层钢管混凝土墩柱(precast segmental concrete-filled double-skin steel tube,PS-CFDST)进行了大当量野外爆炸试验,并基于LS-DYNA软件建立了精细化有限元模型,对PS-CFDST柱在爆炸荷载作用下的动力响应和破坏过程进行了数值模拟。结果表明:大当量地面爆炸作用下,PS-CFDST柱的破坏模式表现为后张预应力筋断裂引起的墩柱整体失效,地面爆炸作用下墩柱在墩身底部接缝有较大的剪切滑移,核心混凝土的损伤主要出现在接缝处和预应力筋挤压处;预应力筋的建模方式对预制节段拼装墩柱的动力响应具有显著影响;增大轴向荷载可以减小预制节段拼装墩柱的侧向变形和墩底剪切滑移,有利于提高墩柱的抗爆性能。

预制混凝土节段拼装桥墩抗车撞性能数值研究

预制节段拼装桥墩存在施工周期短,对交通和环境影响小等优势。随着经济的快速发展和城市化进程的加快,车辆撞击桥墩的事件增加,在极端情况下可能还会导致桥梁整体倒塌。然而,关于这种结构形式的抗车辆撞击性能研究仍较为匮乏,因此,非常有必要开展这方面的研究。该文基于显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA对车辆撞击预制混凝土节段拼装桥墩开展数值模拟工作,在保证数值模型合理性与准确性的基础上,探究几何与构造等因素对节段拼装桥墩抗车辆撞击性能的影响,具体包括截面类型、预应力筋以及剪力键布置等。结果表明:圆形截面相比于方形截面具有更好的抗车辆撞击性能;周边布置预应力筋相较于中心布置能够给节段拼装桥墩提供更好的抗车辆撞击性能;圆柱形混凝土剪力键能够通过提高节段拼装桥墩的整体性来提升节段拼装桥墩的抗车辆撞击性能。基于研究结果的综合考虑,对于实际工程应用问题,应将预制拼装桥墩按圆形截面设计,并采用周边布置预应力筋及节段中心布置剪力键的形式。

城市高架轨道交通节段拼装桥梁施工及控制技术

高架交通轨道是缓解城市交通压力的重要举措,也是轨道交通施工难点内容。为确保轨道交通项目能够顺利实施,需要做好阶段拼装桥梁施工与管控。该文将通过对节段拼装桥梁施工技术适用条件应用优势的分析,通过对施工技术应用要点的探讨,对城市高架桥轨道交通节段拼装桥梁施工与控制技术展开深度阐述,旨在提高桥梁施工整体水平,保证节段拼装桥梁施工控制技术应用效果。

大许特大桥节段拼装连续梁施工技术研究

结合连徐铁路大许特大桥工程对节段拼装连续梁施工技术进行研究,阐述了节段梁的预制、转运及存放要点,分析了节段梁架设的施工步骤,以确保架设的安全性,并对节段梁的胶结及临时预应力的安装进行了分析,以保证工程质量。研究表明:采用该技术,施工进度快,施工质量容易控制,安装精度高,成桥后外观效果良好。