爆炸荷载下高性能混凝土防护钢筋混凝土矩形墩动态力学响应研究

为揭示高性能混凝土(High-Performance Concrete,HPC)防护钢筋混凝土矩形墩在爆炸冲击荷载作用下的动态力学响应及损伤机理,以某跨大堤连续刚构桥钢筋混凝土矩形墩为研究对象进行有限元分析。基于K&C和C&S材料动态本构模型,采用ANSYS/LS-DYNA建立HPC防护前、后的钢筋混凝土矩形墩数值分析模型,对比分析爆炸荷载作用下HPC防护前、后钢筋混凝土矩形墩的动态力学响应,研究防护层厚度(20、30、40 cm)、TNT当量(275、300、325、350 kg)、TNT爆炸距离(10、9、8.5 m)对桥墩抗爆性能的影响。结果表明:HPC防护层能够提升钢筋混凝土矩形墩抗爆性能;采用40 cm厚防护层时,桥墩未出现大面积损伤;TNT当量是影响桥墩损伤特征的重要因素,TNT当量增至350 kg时,桥墩变形、箍筋及主筋应力均显著增加;同等防护条件下,桥墩损伤区域随TNT爆炸距离的减小而显著增加。进行桥墩抗爆防护设计时,应以TNT当量和TNT爆炸距离等条件为基础,设置合理的设防目标。

碳纤维布加固混凝土矩形墩柱温度自应力探讨

基于平截面假定和自平衡力系条件,对碳纤维布(CFS)加固的任意形状横截面混凝土构件,建立日照辐射或骤然降温引起的温度自约束变形求解方程。推导CFS加固混凝土矩形墩柱在均匀变化、线性变化和指数变化温度梯度下的温度自应力解析式。与未加固混凝土矩形墩柱温度自应力解析式进行对比分析,结果表明,即使在均匀和线性变化温度梯度下,CFS加固矩形墩柱也会产生温度自应力;在指数变化温度梯度下,CFS中产生可观的温度自应力。所推导的自约束变形求解方程和温度自应力解析式具有一般性,适用于CFS加固混凝土构件和未加固混凝土构件。

急流越过矩形墩的流态及自由水面

本文通过系统的物理模型并结合理论分析的方法研究了越过矩形墩的水流流态及墩上游自由水面特性。应用动量方程推导了墩前水跃旋滚与急流飞越而过流态之间的界限流态下上游控制断面佛氏数理论公式,它与实验数据吻合。证明了当水流飞越而过时,墩上游自由水面与佛氏数无关,仅是相对墩高和收缩比的函数。通过资料分析得到墩上游自由水面受墩高比、收缩比的影响范围变化规律;无因次水深受墩高比、收缩比的变化规律以及不考虑墩前水面变化的界限收缩比。

新型承插式矩形墩柱的抗震性能研究

针对城市高架桥矩形装配式墩柱,提出了墩柱与承台仅在承插孔附近进行局部加高的新型承插式连接构造。为研究该新型承插式墩柱的抗震性能以及新型构造的可行性,采用高强韧性混凝土作为接缝填充材料,制作2个采用新型连接构造(承插深度分别为1.0 D和0.8 D,D为截面受力方向的边长)的承插式试件和1个整体现浇试件,开展拟静力试验,分析对比各试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、残余位移和墩柱钢筋应变等关键指标。结果表明:对于新型承插式墩柱,0.8 D承插深度与1.0 D承插深度提供的约束作用相近;采用该新型承插式连接构造的矩形墩柱,能够在不显著增加承台混凝土用量的条件下增大承插深度,并且提供有效的嵌固作用;新型承插式连接墩柱的破坏区域均集中在墩柱底部区域,嵌缝和承台未发生破坏,与常规整体现浇墩柱的抗震性能等同;新型承插式连接方式还能够减小承台底部钢筋的受力,减小承台开裂的可能。

矩形墩模板设计与施工

对沈吉高速公路K31+640.995长山堡浑河特大桥7.05×2.5m矩形墩模板设计方案,进行了详细的介绍和计算分析,提出了施工中一些应该注意的问题和处理办法。

提高桥梁矩形墩柱表面平整度的工程实例

通过秦皇岛“抚昌黄”工程实例，介绍了提高桥梁矩形墩柱表面平整度的一些方法，对类似条件下的工程项目具有一定的参考价值。

矩形高墩大悬臂盖梁施工关键技术研究

矩形高墩大悬臂盖梁是桥梁施工中常常遇到的一种结构形式,高墩柱、大悬臂以及侧向小挑檐结构形式,使得矩形高墩大悬臂盖梁的施工难度和安全风险显著增加。本文结合矩形高墩大悬臂施工特点,通过对盖梁承重支架结构形式的优化,承重钢棒上设置支座,侧向增设横向工字钢的组合结构,解决了承重支架侧向易倾覆的难题。通过对支架节点设计优化,将常规悬挑结构设计优化为简支梁体系,避免设置预埋件,同时减少了施工过程中焊接工作量,大幅度降低支架施工安全风险。理论设计与工程实践结合应用表明,优化后支架结构和施工工艺满足大悬臂盖梁施工要求。

基于矩形墩柱的盖梁悬臂深受弯区域拉杆计算分析

目前相关规范中对应力扰动区的计算多采用拉压杆构型原理,但对悬臂深梁构件的计算,国标规范与交通运输部桥梁规范存在差别。基于此,以现浇箱梁交界墩盖梁为研究对象,探究不同构型间的差别和统一;通过MIDAS FEA建立实体单元,对比分析拉压杆模型与实际力流间的关系,为实际设计工作提供简便算法。

某桥梁高墩施工技术研究

桥墩结构十分重要,是桥梁工程下部结构中较为核心的部分,其主要功能是分担主要的荷载,承载整个桥梁所遭遇的流水压力荷载等。基于这样的前提,在桥梁建设过程中,为了消除安全隐患,对桥墩的施工质量、施工过程提出严格的要求,以免影响实际效果。为此,需按照所建桥梁工程周围环境和特点,合理制定最优的高墩施工技术方案。文章以实际案例作为出发点,结合案例项目的具体情况,重点阐述了矩形墩施工技术及相关环节的关键技术,供于类似的高墩施工工程参考。

桥梁矩形空心高墩液压爬模施工关键技术研究

矩形空心墩桥梁施工中较为常见,但翻模工艺却不得用于高度超过40m矩形空心墩施工。鉴于此,液压爬模施工成为此类超高矩形空心墩施工的常见手段。渝黔高速公路扩能狮子河大桥工程,桥梁下部结构矩形空心墩有22根,高度均达到50m以上,控制难度大,安全系数低,施工周期长。在详细阐述液压爬模的工作原理及组成的基础上,应用液压爬模系统施工矩形空心墩,保证了施工安全,加快了施工进度,最终工程项目圆满达到预期目标,可为今后类似工程提供重要参考。

某公路桥梁矩形空心墩液压爬模施工技术要点分析

液压爬模施工技术作为桥梁工程建设的重要技术手段,对桥梁施工质量、安全、进度具有重要影响。基于此,文章依托贵州省黔西南州兴义环城高速公路马家沟特大桥矩形空心墩液压爬模施工桥梁工程实践经验,针对矩形空心墩液压爬模施工技术展开综合探究,介绍了液压爬模系统组成、工艺原理,通过与传统翻模施工技术对比,分析了爬模施工技术优势,并从墩身首节施工、空心段施工两方面总结了液压爬模施工技术要点,旨在为同行提供参考、借鉴。

弯剪破坏钢筋混凝土矩形墩滞回模型

为建立针对弯剪破坏钢筋混凝土矩形墩的滞回模型,基于既有试验结果,提出了桥墩破坏模式判别准则。基于Ibarra-Medina-Krawinkler模型,将弯剪破坏矩形墩骨架曲线简化成4段,推导出相应的解析计算公式。在滞回规则中引入捏拢效应参数和滞回性能退化参数,用于描述弯剪破坏桥墩的捏拢效应和滞回性能退化。利用低周反复加载试验,验证骨架曲线计算方法的正确性,给出了捏拢效应参数和滞回性能退化参数关于剪跨比的取值方法。利用振动台试验,对建议的滞回模型进行了验证。研究结果表明:利用剪跨比和体积配箍率构成的判别准则能够有效判别出钢筋混凝土矩形墩的破坏模式,按照现行规范规定执行,能够保证矩形墩不发生剪切破坏,但仍存在发生弯剪破坏的可能性;所提计算方法提供的骨架曲线与试验结果吻合较好;建议当剪跨比小于2时,捏拢效应参数取0.5,滞回性能退化参数取600;当剪跨比大于3时,捏拢效应参数取0.8,滞回性能退化参数取1 000;当剪跨比介于2和3之间时,捏拢效应参数和滞回性能退化参数进行线性插值。经验证利用建议的滞回模型计算动力响应时,计算结果与振动台试验结果整体上吻合较好。

深水矩形空心桥墩在地震作用下附加动水压力分析

基于辐射波浪理论建立了矩形空心桥墩流体控制方程,以自由表面波动条件、水底水质点运动边界条件、结构与水的速度连续条件为边界条件,采用分离变量法推导了矩形空心桥墩内、外域水体速度势一般解,进而导出了矩形空心墩内、外域水体的附加动水压力的解析式,对某桥墩自振特性的计算表明,该附加动水压力解析式具有较高的计算精度。

FRP约束RC矩形空心截面桥墩抗震性能

为了研究纤维增强复合材料(FRP)约束不同长细比中空截面墩柱的抗震性能,设计并制作了长细比分别为4和8的RC矩形中空截面墩柱,进行了单向水平低周反复荷载作用下的拟静力试验,分析了不同FRP约束墩柱的破坏特征、抗震性能和二次弯矩效应.研究结果表明:FRP约束对长细比较大墩柱的极限变形提高约16%,而墩柱最大承载力和极限承载力仅提高约5%,且减轻了短墩柱的捏缩效应和中长柱的二次弯矩效应;此外,对比分析了不同种类FRP约束不同长细比矩形空心墩柱的墩顶水平位移-力、塑性铰区截面的转动变形-弯矩的模拟值和试验值,其变化规律与试验结果吻合较好.

动水力作用时矩形空心墩刚构桥地震响应分析

建立红河大桥的三维有限元模型,采用Morison方程法将水对桥墩的影响转化为附加质量的形式考虑。对比了2种工况下桥梁的自振特性,并结合《公路桥梁抗震设计细则》中的有关规定,进行该桥的反应谱分析以及时程反应分析。分析与讨论了不同地震动输入条件下,动水力对该桥墩地震动响应的影响程度。结果表明水的存在会改变结构动力特性和地震动响应。因此在进行抗震设计时考虑动水压力的作用是非常必要的。

矩形空心墩变形能力及塑性铰区约束箍筋用量

为研究空心截面桥墩的变形能力和塑性铰区约束箍筋用量,整理了71个矩形空心墩的抗震拟静力试验数据,总结了不同破坏形态下空心墩的变形能力和现有规范对保证空心墩延性抗震能力的可靠性,基于多元线性回归分析和相关分析讨论了影响空心墩变形能力的主要因素,基于Caltrans规范给出了矩形空心墩塑性铰区约束箍筋用量计算公式。研究发现:Caltrans规范和ACI规范对保证矩形空心墩的弯曲破坏形态和延性变形能力具有较高的可靠性,中国JTG/T B02-01—2008规范偏于不安全。矩形空心墩变形能力主要与塑性铰区配箍、纵筋配筋、壁厚和轴压比等因素有关,随箍筋、纵筋配筋和壁厚增加而增加,随轴压比增加而减少。

矩形明渠中矩形边墩周围紊动强度和雷诺应力分布特性试验

利用声学多普勒流速仪(ADV)测量矩形断面明渠中矩形边墩周围不同垂线、不同测点的瞬时流速,计算出水质点的三维相对紊动强度和雷诺应力,分析其变化特征。试验表明,紊动强度和雷诺应力在边墩周围明显增大且具有相类似的分布特征。该研究可为水流的紊动结构、丁坝与桥梁矩形边墩的水流紊动特性和冲刷机理提供验证资料。

越过矩形分流墩的流态及急流自由水面

本文通过理论分析和模型试验研究了越过矩形分流墩的水流流态及墩上游自由水面特性。得到了墩上游水跃旋滚与急流飞越而过之间的界限流态佛氏数判别公式，经验证与试验数据吻合。证明了当急流飞越而过时，佛氏数对墩上游天因次水深的影响微小可忽略不计。并得到了墩上游自由水面受墩高、墩宽的影响范围，以及墩上游水深不受收缩比影响的界限收缩比和无因次水深随墩高比、收缩比的变化规律。

考虑流固耦合作用的桥梁深水矩形空心高墩振动特性分析

以一典型深水矩形空心高墩为例,采用完全数值法,基于势流理论建立了桥墩-水流固耦合数值分析模型,分析了墩身仅外有水、仅内有水,以及内、外均有水等3种情况下桥墩振动特性的变化规律.结果表明,墩-水耦合作用使得桥墩各阶振型周期有所增大,且墩身内、外均有水时增幅最大;当水深小于墩高一半时,桥墩低阶振型周期变化很小,但高阶振型周期变化较大;上部结构质量虽然会减弱流固耦合作用对桥墩低阶振型的影响,但会增大对桥墩高阶振型的影响.由于高阶振型对高墩底部剪力响应贡献较大,因此,水深不大时应当重视桥墩高阶振型周期的变化.

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。