钢管混凝土柱-软钢板组合高墩的受压承载力

基于结构抗震韧性设计理念,提出一种可更换部件的钢管混凝土柱-软钢板组合箱形截面高墩,以改善高墩桥梁的抗震性能。为明确新型组合高墩的正截面承载力,开展了轴心和偏心受压试验,获得其轴向荷载-位移曲线、轴向荷载-应变曲线和破坏模式。以验证后的有限元模型为基础进行参数分析,探讨荷载偏心率、高墩长细比、软钢板厚度对新型组合高墩受压承载力的影响。研究结果表明:新型组合高墩在轴心和偏心受压下均产生了明显的面内整体弯曲变形,破坏模式均为整体弹塑性失稳破坏。偏心受压试件的承载力随偏心率或长细比的增大呈明显下降趋势,且两者的影响近似相互独立,当偏心率由0增至0.54时,承载力最大降低了约49%;当长细比由4增至79时,承载力最大降低了约38%。软钢板厚度由1 mm增加至10 mm,轴压承载力最大仅提高约9.5%,偏压承载力最大可提高约25%。将新型组合高墩简化为平腹杆格构柱,考虑软钢板对柱肢和钢系梁的约束作用,建立了新型组合高墩轴压承载力的计算公式。采用稳定系数和偏心率折减系数相乘得到承载力总折减系数,得到偏压承载力计算公式。该文建立的实用计算公式的计算结果与试验结果和有限元计算结果吻合良好,可用于新型组合高墩的正截面受压承载力计算。

钢管混凝土柱-软钢板组合高墩受压性能试验

为改善传统钢筋混凝土高墩桥梁的抗震性能,基于能力设计原理和结构抗震韧性设计理念,本文提出一种可更换部件的四肢钢管混凝土柱-软钢板组合箱形截面高墩。本文设计制作了1/10比例的缩尺试件,通过轴心和偏心受压试验,研究荷载偏心率、软钢板厚度等对新型组合高墩受压性能的影响。试验结果表明:新型组合高墩试件在轴压作用下,四肢钢管混凝土柱基本整体协调变形;当加载至试件破坏时,四肢钢管及软钢板均早已受压屈服,钢管套箍作用充分发挥;破坏形态呈整体弯曲失稳。在受偏心压力作用且偏心率不超过0.405时,四肢钢管混凝土柱全截面受压,组合截面纵向应变分布在弹性阶段基本满足“平截面假定”,在弹塑性阶段近似满足“拟平截面假定”;当加载至试件破坏时,破坏形态亦呈整体弯曲失稳。此外,钢系梁受力较小,仅起构造作用;而增大软钢板厚度,可有效提高新型组合高墩的截面抗弯刚度和正截面受压承载力,降低其侧向挠度;故在计算新型组合高墩的受压承载力时,应充分考虑软钢板的“结构元件”作用。

矩形钢管混凝土柱-软钢板组合高墩地震模拟振动台试验

在矩形钢管混凝土柱-软钢板组合高墩试设计基础上,设计制作了2个比例缩尺模型,开展地震模拟振动台试验,对新型组合高墩的抗震性能进行初步验证。试验结果表明,新型组合高墩模型的地震反应受到地震动频谱特性和场地类别的显著影响,软弱土会放大其地震反应;在频遇地震作用下整体处于弹性状态,在强烈地震作用中,软钢板将率先屈服耗能。

高大渡槽双端圆弧渐变空心墩施工技术

亭子口灌区一期工程第Ⅲ标项目全渠线地貌起伏较大,坡陡谷深,共设置高大渡槽7座,其支撑体系为双端圆弧渐变空心墩。针对这一特点,笔者以高效模板系统与周转使用的施工技术为研究对象,利用标准段液压爬模系统匹配更换双端半圆模板实现渐变爬升,通过若干个相邻槽墩组合成有限单元,在各单元间组织先高后低周转使用液压爬模系统进行流水作业的过程。该施工技术在桐子坝渡槽槽墩施工中得到了成功的应用,取得了较好的效果。

Seismic response of rocking isolated railway bridge piers with sacrificial components

In this study, sacrificial components were incorporated into self-centering railway bridge piers to improve the lateral stiffness. The seismic response of this new detail was investigated. First, the method to compute the initial uplift moment of the self-centering pier is given. In addition, shaking table tests were conducted on a free-rocking pier without sacrificial components, which was used to validate a two-spring numerical model. Good agreement was obtained between the numerical results and experimental data. Furthermore, the validated model was employed to investigate the influence of sacrificial components on the seismic response of rocking piers. For this purpose, two models were developed, with and without sacrificial components. Nonlinear response history analysis was then performed on both models under three historical motions. The results showed that compared to the one without sacrificial components, the rocking pier with sacrificial components has comparable displacement at the top of the pier, and maximum uplift moment at high amplitude motion. Therefore, incorporating sacrificial components into the rocking pier can increase the lateral stiffness at service load and low amplitude frequent earthquakes but can produce comparable response at high seismic excitation. These results provide support for performance-based seismic design of self-centering rocking piers.

考虑高墩二阶效应的简化迭代计算方法

为快速计算高墩侧移所致的二阶效应,在经典解析法的基础上,提出一种新的计算高墩二阶效应的简化迭代方法.根据高墩与上部结构的不同约束情况,推导建立相应的迭代计算公式.将简化迭代算法分别应用于一座高墩连续刚构桥和一座高墩连续梁桥算例中,并将计算结果与有限元法计算结果进行对比.结果表明,经过4次迭代计算后,本方法即可达到收敛条件;对于高墩连续刚构桥算例,墩顶水平位移和墩底弯矩的简化迭代计算结果与有限元模型计算结果的相对误差分别仅为-0.11%和-1.18%;对于高墩连续梁桥算例,两者相对误差分别仅为1.04%和1.02%.

深汕铁路特殊结构桥梁设计

深汕铁路建设标准高,地形、地质条件复杂,沿线分布较多道路、河流,桥梁建设条件复杂。文章以深圳水库特大桥高低塔部分斜拉桥和跨厦深铁路特大桥钢-混组合梁2座特殊结构桥梁为例,结合工点实际情况,介绍特殊结构桥梁桥式方案、结构设计、受力分析、指导性施工组织设计,可为复杂建设条件下高速铁路桥梁建设提供借鉴和参考。结论可知:(1)部分斜拉桥结构刚度大、动力特性优、跨越能力强,斜拉索加劲可有效控制混凝土结构的徐变变形,边跨受地形条件限制较小时,可因地制宜选用高低塔方案,高低塔部分斜拉桥可根据具体情况,选择塔-墩-梁固结,既可以增大结构刚度,也可以避免设置超大吨位支座;(2)跨越既有高速铁路,可考虑采用钢盖梁门式墩配合钢-混组合梁,钢盖梁吊装就位,组合梁拼装后横向顶推就位,有效减少对既有高速铁路的影响;(3)门式墩结构主梁采用钢-混组合梁代替预应力混凝土梁,可以显著减少梁部重量,改善门式墩受力,加大门式墩跨度。

桥梁高墩位移延性能力的探讨

本文运用增量动力分析方法来计算高墩的屈服位移、极限位移和位移延性,给出了应用IDA方法计算屈服位移、极限位移的主要过程,探讨了高阶振型对高墩位移延性能力的影响。通过算例分析表明:现行计算桥墩位移延性系数的方法,如直接应用到高墩,将会导致较大误差;高阶振型对高墩的屈服位移、极限位移和位移延性系数都有较大的影响。

高墩振动台试验研究

设计了一个高墩模型，采用桥址人工波和Ｅｌ—Ｃｅｎｔｒｏ波进行了模拟地震振动台试验，研究了高墩的抗震性能和抗震能力．分析了离墩的墩顶位移反应，并与理论分析结果进行了比较，结果表明两者吻合得较好．

铁路高墩桥梁基底摇摆隔震与墩顶减震对比研究

为提高铁路高墩桥梁抗震性能,探讨强震下高墩桥梁减、隔震设计,提出一种适用于顺、横桥向的高墩基底摇摆隔震设计方法。根据铁路高墩减、隔震设计参数确定原则,给出高墩摇摆隔震力学计算模型及其主要参数计算公式。结合某铁路高墩桥梁,采用数值方法分析其基底摇摆隔震效果与墩顶铅芯橡胶支座减震效果,并进行比较。结果表明:墩顶铅芯橡胶支座具有一定减震效果,基底摇摆隔震高墩能靠自重平衡地震作用,隔震效果比墩顶减震效果更好、更稳定;基底摇摆隔震技术还可实现墩底最大地震弯矩不受输入地震动频谱特性的影响。

铁路高墩弹塑性地震反应分析

给出了高墩弹塑性地震反应分析的方法与步骤,对铁路高墩的弹塑性地震反应进行了研究。研究结果表明:高墩可能在墩中,也可能在墩底形成塑性铰;也可能在墩中及墩底均形成塑性铰;在一定的地震强度下,墩底塑性铰区的位置相对明确,墩中的塑性单元位置受地震动影响较大,潜在的塑性铰区在0.28~0.46倍墩高范围内;同等地震强度下,两个塑性铰区下的墩顶位移与只有一个的相比增大很多。因此,位于高烈度地震区的铁路高墩在进行延性设计时应谨慎。

高墩自复位隔震机理

为了探讨桩基础高墩自复位隔震机理,用2个弹簧模拟桥墩的提离摇摆,考虑限位钢筋的影响,基于某铁路高墩桥梁,采用非线性时程分析方法,输入3条强震记录,讨论高墩摇摆反应随提离弹簧刚度、基础宽度及参数λ变化的规律。研究结果表明:提离弹簧刚度越小桥墩的摇摆振动越剧烈、摇摆反应越大,墩顶位移随λ的增大而减小、有明显的线性关系,墩底弯矩随λ的变化相对复杂。通过基础宽度、λ及墩-承台的接触刚度调整均可以实现对桥墩摇摆反应的控制。

限位装置对桩基础高墩摇摆反应的影响

提出了限位装置的模拟方法,完善了桩基础高墩摇摆隔震的分析模型.基于某铁路高墩桥梁,输入3条强震记录,采用非线性时程分析方法进行了限位装置的影响分析.讨论了限位装置初始间隙及屈服力的变化对墩顶位移与墩底弯矩的影响规律.结果表明,限位装置减小墩顶位移的同时会增大墩底弯矩,墩顶位移受限位装置初始间隙的影响较大,墩底弯矩受限位装置初始间隙的影响较小,桩基础高墩的摇摆反应受限位装置屈服力的影响较大.

近场地震动对桩基础高墩摇摆反应的影响

为明确桩基础高墩自复位隔震装置的适用范围,研究了近场地震动特性对桩基础高墩摇摆反应的影响.以断层距作为识别近场地震动的主要参数来选取地震动,采用两弹簧模拟桥墩的提离摇摆,基于某铁路高墩桥梁,采用非线性时程分析方法,讨论了近场地震动对高墩摇摆反应的影响.结果表明,近场水平地震动显著增大墩顶的摇摆位移,竖向地震动对桩基础高墩的摇摆反应有不利影响.在近断层地震区桩基础高墩应谨慎采用摇摆隔震装置.

高墩梁桥地震响应分析

本文将对两座高墩桥梁的地震响应进行分析,一座是连续-刚构组合梁桥,另一座是刚构桥。这两种是高墩桥梁普遍采用的桥型,对其进行详细的动力分析对此类桥梁的抗震设计具有一定的指导作用。针对这两种桥梁结构,本文首先分析直接影响结构动力响应的自振特性,从中总结高墩桥梁的特点,然后采用反应谱法、时程分析法分析结构地震响应,并对其结果进行比较,同时讨论桩-土相互作用对高墩桥梁地震响应的影响。

薄壁特高墩预应力混凝土连续刚构桥的空间稳定性

以欧拉弹性理论为基础,利用空间有限元法对薄壁特高墩预应力混凝土连续刚构桥的空间稳定性进行了计算分析。以洛河特大桥为例,当墩高大于100m时,最大双悬臂状态的结构稳定性安全储备较低,其余工况均有足够的稳定性。计算结果表明,结构的计算模型及几何特征对其稳定性的影响较大,且应对薄壁高墩刚构桥的T构施工过程进行严密监控。所提出的结构稳定性研究方法及分析结果为该类桥的设计提供了可靠依据。

高墩三维日照温度场数值模拟及试验研究

研究目的:山区高速铁路圆端形空心高墩在日照作用下会存在温差,当截面温差及桥墩高度较大时,就会引起桥墩温度应力及墩顶位移,从而影响高速铁路运行的安全性及舒适性。为获取高墩三维日照温度场及温度变形规律,本文建立高墩三维温度场有限元模型,对高墩日照温度变化开展现场试验及模型验证,以68 m圆端形空心高墩为例,分析高墩径向、竖向温度场,以及高墩在日照作用下的变形和受力特征。研究结论:(1)高墩在日照作用下,径向温度沿壁厚方向变化符合负指数函数T_x=Ae^(-ax)+B变化规律,日照温度影响深度约为0.60 m;(2)桥墩表面竖向温度符合T_z=Ae^(-ax)+kz+B函数变化规律;(3)墩顶最大水平位移发生在18:00左右,因此可取18:00的温度场作为控制荷载,对桥墩结构的变形进行检算;(4)桥墩内、外壁均会受到拉应力的影响,在设计时应同时考虑内、外表面的配筋加强,以保证桥墩的抗裂和安全性;(5)该研究成果可为高速铁路圆端形空心高墩的设计和施工提供参考。

预应力效应对自复位高墩地震反应的影响

为探讨预应力效应对自复位高墩地震反应的影响,本文给出自复位高墩中预应力钢筋的布置,分析预应力钢筋作用机制,建立考虑了钢筋屈服引起的预加力损失的预应力钢筋单元恢复力模型,给出通过初应变模拟预应力钢筋中初始预加力的方法。基于OpenSees(地震工程模拟的开放体系)建立自复位高墩地震反应分析模型,探讨预应力钢筋、初始预加力及预加力损失对桥墩地震反应的影响。结果表明:预应力钢筋及其初始预加力会增大墩底的地震弯矩、控制桥墩的竖向提离,预加力损失可以减小墩底的地震弯矩。

桩基础高墩摇摆隔震分析模型研究

建立了桩基础高墩摇摆隔震的分布Winkler弹簧模型,与振动台试验结果的比较表明,分布Winkler弹簧模型可以较好地模拟桥墩的摇摆隔震。基于分布Winkler弹簧模型,提出了桩基础高墩摇摆隔震的两弹簧分析模型及提离弹簧刚度的取值方法。基于某铁路高墩桥梁进行了分布Winkler弹簧模型、两弹簧模型及转动弹簧模型的比较。结果表明,两弹簧模型的时程曲线与分布Winkler弹簧模型吻合较好,两弹簧模型得到的墩顶峰值位移及墩底峰值弯矩大于分布Winkler弹簧模型,而转动弹簧模型的结果则小于分布Winkler弹簧模型。

高铁圆端形空心高墩日照温度场数值分析

为获得山区高速铁路圆端形空心高墩任意高度处的三维日照温度场及温度变形规律,以合福高铁南平建溪特大桥的68m圆端形空心高墩为例,通过建立高墩截面的二维温度场有限元模型,并采用三维插值算法将其拓展至三维温度计算模型,计算分析了高墩径向、竖向温度场,以及高墩在日照作用下的变形特征。结果表明:高墩在日照作用下,径向温度沿壁厚方向变化符合负指函数变化规律,日照温度影响深度约为0.60m;桥墩表面竖向温度符合负指数加线性函数变化规律;在日照作用下,墩顶最大水平位移和墩顶转角均发生在18:00左右,最大位移为12.9mm,最大转角为0.261‰rad,可取18:00左右的温度场作为控制荷载,对桥墩结构的变形进行检算。