Seismic damage analysis of the outlet piers of arch dams using the finite element sub-model method

This study aims to analyze seismic damage of reinforced outlet piers of arch dams by the nonlinear finite element （FE） sub-model method. First, the dam-foundation system is modeled and analyzed, in which the effects of infinite foundation, contraction joints, and nonlinear concrete are taken into account. The detailed structures of the outlet pier are then simulated with a refined FE model in the sub-model analysis. In this way the damage mechanism of the plain （unreinforced） outlet pier is analyzed, and the effects of two reinforcement measures （i.e., post-tensioned anchor cables and reinforcing bar） on the dynamic damage to the outlet pier are investigated comprehensively. Results show that the plain pier is damaged severely by strong earthquakes while implementation of post-tensioned anchor cables strengthens the pier effectively. In addition, radiation damping strongly alleviates seismic damage to the piers.

连续刚构拱桥梁拱墩结合部位传力机制研究

文章以西延高铁王家河特大桥为工程背景,建立梁拱墩结合处的局部实体模型,并分析该部位的空间应力状态,掌握应力集中区域和薄弱位置,探讨内力分配机制及传递规律,旨在为梁拱墩结合部位设计提供理论基础和数据支撑。研究表明,拱肋与拱脚结合部位拱肋长度1/3.2范围内为应力传递的特征长度,梁拱墩连接处主梁长度1/4.5范围内为应力传递的特征长度;梁拱结合部位中支点截面拱肋通过加劲缀板等将81.2%的内力扩散至拱脚混凝土。

大跨公铁两用钢桁拱桥边跨施工关键技术

常泰长江大桥天星洲专用航道桥为(168+388+168)m大跨重载公铁两用钢桁拱桥。主梁采用2片主桁双层板桁组合结构,边跨钢梁施工采用架梁吊机悬臂散件拼装。为确保边跨钢梁架设轴线和竖曲线线形,按照最快形成稳定桁片结构原则拼装,上墩前悬臂拼装并形成三角桁片稳定结构后再实施抄垫;在钢梁架设过程中对钢梁标高进行调整,精确控制钢梁上墩标高;为确保边跨钢梁架设结构受力满足要求,通过有限元理论分析比选,确定临时墩最优脱空时机;采用“基于空间六点调位法”对边跨钢梁进行整体精确定位;主墩支座采用重力法灌浆;基于多点变形协调,通过优化杆件安装工艺,解决了超静定结构杆件带力安装难题。

多跨钢筋混凝土连续拱桥设计

多跨钢筋混凝土连续拱桥以其造型优美的特点,在城市景观桥梁中得到了越来越多的应用。以苏州市吴江区一座22孔钢筋混凝土连拱桥为工程背景,分析其结构建模要点、受力特点及设计思路,同时对该桥施工过程中设置止推墩前后工况进行对比分析。结果表明,不平衡推力是影响连续拱桥设计施工的关键因素,通过在施工期间合理设置止推墩,可明显改善施工过程中主拱结构的受力和位移,成桥后全桥的不平衡推力主要由桥台承担,为同类型的钢筋混凝土连续拱桥工程提供了有益的参考。

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。

顶推中不同临时墩间距对某无横撑拱桥的影响

为探讨顶推中不同临时墩间距对无横撑拱桥的影响,以某钢桁架拱桥整体顶推施工工程为背景,建立有限元模型,分析不同临时墩间距布置时钢桁架拱桥在顶推过程中的最值应力和挠度分布情况,拱桥及构件敏感位置的稳定性,以及第2种临时墩布置时主墩和临时墩在顶推过程中的反力变化情况。研究表明:拱桥的下弦杆PL01临时墩处主梁(跨中杆件)和拱肋端部受力最不利,且临时墩间距越大,产生的应力越大;导梁端部出现最不利挠度,且临时墩间距越大,变形越大;临时墩间距越大,上弦杆的稳定性越差;第2种临时墩布置时,主墩和临时墩在顶推至最大悬臂和顶推就位2个状态下达到最不利反力情况,且临时墩起关键作用。

宽尾墩水流特性试验研究

采用模型试验方法,对宽尾墩消能工应用于高拱坝表孔后,其下泄水流流态、泄流能力、水垫塘流态及水垫塘底板冲击动压等水流特性进行了研究。结果表明:高拱坝表孔宽尾墩流道内存在自由跌流急流冲击波及缓流三种流态;当处于急流冲击波流态时,其下泄水舌呈窄而高且长的窄长流态,水舌纵向扩散效果明显;水垫塘底板最大时均冲击动压值随着堰顶水头的增高而增大,随着宽尾墩收缩比的增加而增大,随着墩尾折角的增大而减小,随着坝面倾角的增大而减小。

胡家湾渡槽拱墩基础灌注桩施工技术研究

胡家湾渡槽为连拱支撑结构,进出口拱座各设20根桩径为1.0 m、桩孔深12~14 m的抗滑桩,1~5号中墩下设计8~9根长7~28 m不等的支撑桩,桩基为不完整灰岩,且溶沟溶槽发育,局部还夹杂孤石和充填型溶洞,岩体含量低于土体含量。针对强烈发育的地质情况,确定了旋挖钻和冲击钻组合的灌注桩施工方案,编制了详细的施工方案和实施措施,顺利解决了灌注桩的施工难题,取得了良好的工程质量,可供同类工程借鉴。

长周期地震下大跨RC轻柔拱桥BRB横向减震研究

为了提升长周期地震下轻柔拱桥的横向抗震性能,可在排架墩间设置屈曲约束支撑(BRB)。以某新型高墩大跨RC拱桥为研究对象,说明其结构体系的特殊之处,分析不同脉冲周期的近场地震动、远场长周期、近场无脉冲及远场普通地震动下,BRB对全桥墩柱的减震效果与损伤状态变化趋势。研究结果表明:轻柔拱桥在长周期地震动下的地震需求更高;BRB能够有效降低排架墩的变形与弯矩需求,但会在一定程度上增加设置BRB墩柱的底部剪力;在近场脉冲地震动的永久位移效应与远场长周期地震动的丰富低频分量下,应用于轻柔体系拱桥的位移相关型BRB减震效果较佳,耗能突出;而由于近场无脉冲与远场普通地震动的位移谱值始终较低,在该2类地震下会普遍出现响应放大的情况;BRB改变了排架墩的传力路径,将部分弯矩转化为连接处的剪力与轴力,同时高墩高阶振型的影响加大,导致其弯矩包络沿墩身存在突变;能有效避免未设BRB墩柱的破坏,而由于高阶振型的影响,大部分高墩截面损伤降低程度不显著;设置BRB的墩柱顶部截面损伤会降低,因立柱与拱肋的振动耦合作用,其底部截面在小震下损伤也会缓解,而过渡墩底部截面的损伤反而会增大。位移耗能型BRB在长周期地震下能有效提升轻柔体系拱桥的横向抗震性能。

高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部受力行为分析

为分析高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部位在施工与运营过程中的应力状态,采用建立施工全过程杆系有限元模型,计算施工及运营阶段内力与位移,同时考虑钢管与管内核心混凝土、管外拱脚混凝土接触面双重滑移效应,建立墩-梁-拱结合部位实体有限元模型并通过现场实测应力验证模型准确性的方法,探究结合部位的钢-混凝土界面滑移规律与空间应力分布状态。研究结果表明:拱肋钢管与拱脚混凝土、核心混凝土间最大相对位移值分别为1.1,1.2 mm,在设计时宜增加隔板或剪力钉以改善钢与混凝土协同受力;结合部位应力基本处于规范限值内,在过人洞处出现应力集中,倒角处最大拉应力达3.81 MPa,可设置必要的构造钢筋抑制斜向裂缝的发展;拱脚顶面混凝土出现应力集中,且远超规范限值,建议将拱脚混凝土替换为钢纤维混凝土。研究结果可为连续刚构-拱组合桥施工安全提供参考。

混凝土拱桥既有墩台再利用方案判定模型建立研究

为解决混凝土拱桥既有墩台的再利用问题,采用基于粗糙集理论构建判定模型的方法对既有墩台再利用方案决策进行研究。结果表明:1)粗糙集理论能够简化指标体系,筛选出切合实际工程的判定指标;2)利用粗糙集理论中的属性依赖度计算,可对指标进行赋权,无需再借助其它理论方法就能计算指标权重;3)运用方案判定模型,能得到科学合理的决策结果。将基于粗糙集理论建立的混凝土拱桥既有墩台再利用判定模型应用于贵州花鱼洞大桥既有桥台再利用的方案决策中,成功验证了方案判定模型的可行性。

异型钢混梁拱组合桥V墩局部受力参数化分析

为研究异型钢混梁拱组合桥V墩局部受力参数的影响,利用大型空间有限元程序建立了异型钢混梁拱组合桥的全桥杆系模型,得出V墩结构关键部位在承载力极限状态下的受力;结合ABAQUS建立了V墩空间有限元精细化计算模型,得到V墩墩身厚度、混凝土强度和倾斜角度对结构的应力及变形的影响。结果表明:墩身厚度为400 cm时,对上部结构和墩身受力、变形影响效益最佳,且对各部位应力与变形最大影响为40%~75%。混凝土强度对结构应力与变形影响较小,且最大影响值多在10%内。倾斜角度对结构应力与变形影响较大,倾斜角度为70°~80°时,此类梁拱组合桥受力、变形和跨越能力综合性能最佳,该研究对同类桥型设计施工具有借鉴意义。

深圳北站大桥拱墩固结点局部应力分析

建立了拱墩固结点结构分析空间有限元模型 ,根据不同的施工阶段和成桥后的工况 ,分别进行空间有限元计算 ,同时结合三维光弹性实验 。

高拱坝表孔宽尾墩对泄洪能力影响的试验研究

为了研究高拱坝采用堰顶宽尾墩收缩射流技术对过流能力的影响 ,本文在溪洛渡 1∶10 0的整体模型上对不同堰前水头和不同宽尾墩收缩比条件下的流态和泄流量进行了试验研究。结果表明 ,随着堰前水头和不同宽尾墩收缩比的变化 ,闸室中会出现自由跌流、急流冲击波、水跃壅水和缓流 4种不同的流态 ,而不同的流态 ,影响泄流量的因素也不同 ,定量给出了设计洪水及校核洪水时收缩比对过流能力的影响。

芜湖长江三桥铁路框架墩拱形墩帽施工关键技术

芜湖长江三桥主桥边墩、辅助墩采用“n”形柱式框架墩,两岸引桥合建铁路墩采用“m”形柱式框架墩,柱式框架墩均设有拱形墩帽(分为圆弧拱形和矩形双台阶实心帽2部分),具有数量多、分布范围广、墩高变化大、施工环境复杂等特点。考虑柱式框架墩墩帽底部带圆拱的特点,墩帽现浇采用子母式不落地拱架支撑系统+拱形模板的方案施工,该拱架支撑系统由下部结构(包括靴式牛腿、精轧螺纹钢筋、横桥向分配梁)和上部结构(包括多片母拱桁片、桁片组间联结系,其中单片母拱桁片包括2个子拱和1个受拉弦杆)组成。拱架支撑系统的单元件在工厂预制后现场组拼;拱形模板铺设后,利用该系统分2次浇筑拱形墩帽混凝土(先施工圆弧形拱及两侧墩身,后施工顶面矩形双台阶实心帽);墩帽施工后,利用拆除装置拆除拱架支撑系统和模板。该桥拱形墩帽的现浇施工将支架的成形结构和承重结构合二为一,优化了支撑系统受力模式,具有结构简单、受力明确、材料用量少、安装与拆除便捷、安全风险低等优点。

客运专线刚架系杆拱桥受力状态研究

对刚架系杆拱桥作了全桥空间有限元分析、拱墩连接处局部空间有限元分析和1∶3缩尺模型试验.研究结果表明:刚架系杆拱桥的预应力混凝土主梁由于和系杆分离,其受力行为相当于弹性支承上的连续梁,较普通系杆拱桥有很大改善;钢箱拱肋受力行为与普通系杆拱桥类似;墩拱节点是刚架系杆拱桥的关键部位,永修特大桥墩拱节点由于采用了足够多的栓钉、PBL键和足够大的螺纹钢筋预压应力,结构牢固,承载力很大,传力顺畅;刚架系杆拱桥在客运专线上的应用是完全可行的.

大跨度连续刚构拱组合桥梁拱墩结合块模型试验研究

简单介绍了模型试验的相似和设计原则,对模型试验的加载工况、加载程序、测点布置等也进行了讨论。应用大型COSMOS/Works软件,结合已有的研究成果,在选定混凝土、钢筋和钢绞线单元的基础上,建立了边主墩和中主墩梁拱墩结合块三维有限元模型,得到数值分析结果,将数值计算结果与试验结果进行对比分析,得出了顶底板、腹板、拱脚和墩顶混凝土应力分布规律,深入研究了梁拱墩结合块的复杂受力行为。研究表明:顶底板混凝土正应力沿纵向均呈先减小再增大的趋势;腹板混凝土正应力沿竖向从上至下呈增大趋势,沿纵向正应力呈先减小、后增大和再减小的趋势;拱脚混凝土主压应力由后拱外侧往前拱内侧呈增大趋势;双薄壁墩和空心单柱墩墩顶混凝土各断面基本处于受压状态。梁拱墩结合块受力合理,大跨度连续刚构拱组合桥设计合理。

高拱坝表孔闸墩侧面拉应力影响因素分析

高拱坝泄洪能力大,泄洪表孔尺寸大,结构复杂,荷载作用下闸墩内侧面往往会出现很大的拉应力。为此,采用ANSYS有限元方法计算研究温度荷载、弧门推力、坝体上游静水压力等因素对高拱坝泄洪表孔闸墩侧面拉应力的影响,通过改变闸墩厚度及在坝体上游与闸墩外侧交接处增设局部放大体来研究其对闸墩侧面拉应力的影响。结果表明,温度荷载及弧门推力对闸墩侧面拉应力影响不大,坝体上游面静水压力引起拱坝由两岸向坝顶泄水表孔变形是引起闸墩内侧面拉应力大的主要原因;增加闸墩厚度和增设局部放大体两种方法均可有效减小闸墩内侧面的拉应力,且后者混凝土用量少,节约材料。

高拱坝深底孔出口悬臂结构的敏感性分析

为探究高拱坝深底孔出口悬臂结构的影响因素,通过四种设计方案,分别研究闸墩厚度、支铰大梁高度、弧门推力位置以及预应力锚索对底孔出口悬臂结构关键部位应力的影响。采用ANSYS有限元分析法,建立高拱坝深底孔有限元模型,选取坝体在正常蓄水位时的运行工况进行计算。结果表明,对于100 m级以上高拱坝深底孔悬臂结构,当底孔出口悬臂结构大于25 m时,在其关键部位会产生较大的拉应力。因此,建议通过在闸墩布置预应力锚索和调整闸墩厚度来减少闸墩与坝下游面相交处的拉应力,通过在支铰大梁两侧布置预应力锚索和增大支铰大梁高度来减小闸墩内侧与大梁相交处的拉应力。该研究结果可以为降低高拱坝深底孔出口悬臂结构关键部位或者相类似悬臂结构的应力提供一定参考。

高拱坝深孔预应力闸墩锚固形式研究

基于大型有限元程序ANSYS的子模型技术对某高拱坝预应力闸墩进行三维有限元计算,研究预应力闸墩锚固形式。对比分析闸墩上游预留竖井式、胶结式内锚头和U形锚固三种锚固形式的应力分布规律;并综合比较,推荐最终采用的锚固形式——U型锚固,为闸墩结构设计提供依据,对工程设计和施工具有参考价值。