考虑冲刷和材料劣化耦合作用的钢筋混凝土桥梁桩基承载性能研究

桥梁桩基是桥梁承担荷载的重要组成部分,【目的】为研究钢筋混凝土桥梁在劣化和冲刷共同作用下的力学性能变化,【方法】结合工程实例,建立桥梁桩基模型。运用有限元软件模拟钢筋锈蚀,用Mander模型实现混凝土损伤本构模型随服役时间的变化情况,通过桩周土体钝化实现水流的冲刷作用。根据桥梁服役时间、钢筋混凝土劣化程度和冲刷深度的不同,分别模拟桥梁桩基在此基础上的承载性能变化。【结果】结果显示:桩基在竖向荷载作用下的位移随冲刷深度以及劣化程度的增大而增大;未考虑钢筋混凝土劣化时,极限承载力随着冲刷深度的增大呈减小的趋势,在服役初期,承载力受冲刷影响较大,下降的速度较快,到服役后期,冲刷深度逐渐稳定,承载力受冲刷影响逐渐变小,下降速度趋于平缓;考虑钢筋混凝土劣化时,钢筋锈蚀对冲刷后桩基承载力的影响不大,但核心混凝土劣化对桩基极限承载力有较大的影响。【结论】结果表明:钢筋混凝土桥梁在水流冲刷和材料劣化的共同作用下,桩基承载力较服役前下降较多,影响桥梁正常使用,甚至引发安全事故,因此对于冲刷劣化后桩基的加固工作应引起足够的重视。

超大矩形深基坑潜水非完整井涌水量计算方法研究

针对基坑形状直接影响等效半径的取值,从而影响矩形基坑潜水非完整井涌水量计算结果的问题,提出了一种考虑宽长比的等效半径计算方法。在不同宽长比条件下,分别采用规范简化大井法和等效分段法计算矩形基坑的涌水量。结果表明:当基坑宽长比小于0.5时,采用考虑宽长比的规范简化大井法计算的涌水量大于采用未考虑宽长比的规范简化大井法计算的涌水量,基本等于采用不考虑宽长比的等效分段法计算的涌水量,十分接近工程实际抽水量。由此可知:采用考虑宽长比的规范简化大井法计算涌水量更为合理;采用等效分段法计算涌水量可忽略宽长比的影响。

单支点桩锚支护结构设计方法的探讨

为探索合理的深基坑单支点桩锚支护设计方法,兼顾其安全可靠性和经济合理性,以工程实例为分析背景,分别采用静力平衡法、等值梁法、弹性支点法、有限元法对支护桩的内力、位移、嵌固深度、支锚力以及基坑周围地表沉降等进行计算。结果表明:对于支护桩的内力,静力平衡法和等值梁法的计算结果较大,弹性支点法次之,有限元分析法最小;对于支护桩的位移,采用理正深基坑支护设计软件中的弹性法模拟支护桩的变形较差,而采用有限元软件模拟的结果更符合支护桩的实际变形;对于地表沉降量,“理正软件”中的“m”法计算结果更符合实际。

基于改进层次-灰色关联法优选的深基坑方案设计

为了避免临时性基坑工程可靠性不足和经济浪费,优选降水支护方案具有重要意义。以洛阳市君河湾小区深基坑项目为分析背景,建立了双层准则多目标层次结构评价体系,通过改进传统层次分析法的标度,结合灰色关联法建立方案优选模型,提高了关联度数值结果的精度,从而准确优选出最佳降水方案:管井降水;最佳支护方案:桩锚支护。依次对基坑降水和支护方案给出详细的设计过程,并采用理正软件验算分析,结果均满足规范要求。

在役石拱渡槽安全性的模糊层次综合评价研究

为了确定在役石拱渡槽的安全状态,采用不确定型层次分析法构建渡槽结构状态评价模型,并结合工程实例,采用模糊层次综合评价法对在役石拱渡槽结构状态进行评估。结果表明:用模糊层次综合评价法得出的评价结果与安全评价单位得出的评价结果一致。此可由知,模糊层次综合评价法在在役石拱渡槽安全性评价上具有可行性。

冲刷条件下桩基础水平承载特性非线性分析

水域环境中的桩基础面临水流冲刷的威胁,水流冲刷将会引起基桩周围土体的流失,【目的】为研究冲刷对桩基础水平承载特性的影响,建立冲刷条件下桩基础水平承载特性简化分析方法。【方法】首先构建了桩周土体整体冲刷条件下的p-y曲线模型;然后基于p-y曲线法,采用有限差分法建立了冲刷条件下水平受荷桩非线性简化分析方法,对不同桩径、不同冲刷深度条件下桩基础水平承载特性进行计算分析,并与有限元结果对比验证了简化方法的正确性。【结果】结果显示:随着冲刷深度的增大,水平受荷桩的侧向刚度和水平承载力逐渐降低;相同水平荷载下随着冲刷深度的增加,桩顶水平位移和桩身最大弯矩逐渐增大,并且桩身最大弯矩所处位置逐渐向下移动。【结论】结果表明:水流冲刷引起基桩周围土体的流失将会对基桩水平承载特性产生显著影响,上述简化方法可为冲刷条件下水平受荷桩基的设计提供理论分析工具。

预应力混凝土连续梁桥结构动力特性分析

为研究车辆荷载对预应力混凝土连续梁桥桥梁动力特性的影响,利用有限元软件建立车桥耦合模型,分析车辆速度、车辆载重对预应力混凝土连续梁桥跨中截面位移和动力冲击系数的影响。研究结果表明:车辆速度和车辆载重均会对桥梁动力特性产生影响,车辆速度与桥梁动力特性间没有明显线性关系,车辆速度增大,跨中截面位移先减小后增大,桥梁冲击系数则先增大后减小;车辆载重增大,跨中截面位移和桥梁冲击系数则线性减小。研究成果可为多工况车辆荷载作用下桥梁动力特性研究提供一定参考。

在役钢筋混凝土渡槽时变模糊可靠度分析

为了更合理地评价渡槽结构在使用过程中安全性能随时间变化的情况,基于在役钢筋混凝土渡槽结构,考虑时间因素,并考虑混凝土碳化引起结构耐久性下降因素的随机性与模糊性,以渡槽结构混凝土碳化深度为基本控制参数,利用一次二阶矩法,建立了混凝土碳化深度随时间变化的时变模糊可靠度模型,运用MATLAB编制相应的程序,针对工程实例进行计算分析。计算结果表明:考虑时间因素,可以较好地反映渡槽结构随时间变化的动态可靠性指标,便于更加准确地掌握渡槽的检修时间;在以时间为因素的基础上,考虑变量的随机性与模糊性所得到的解比经典可靠度解偏小,这与实际工程相符,更加接近于工程真实情况,可为工程设计和后期维修提供更多的参考信息。

基于一次二阶矩法渡槽系统模糊可靠度分析

为了更合理地评价钢筋混凝土渡槽结构在正常使用极限状态下的安全可靠性,针对在役钢筋混凝土渡槽结构,考虑影响其结构稳定性因素的随机性及模糊性,基于一次二阶矩法建立了渡槽结构底板与侧墙抗裂随机模糊可靠度模型,编制了相应的程序,并利用PNET法针对某工程实例进行了系统模糊可靠度分析。结果表明:在相同条件下,中心点法和验算点法可靠性指标计算结果与建立的模糊可靠度方法基本一致,验证了模糊可靠度方法的正确性;在不同条件下,渡槽系统可靠性指标随着考虑相关变量因素的增多而减小,这与实际情况相符,即考虑变量的随机性与模糊性更接近于结构真实情况,所得解更为合理;传统可靠度计算方法所得抗裂能力可靠性指标结果偏大,高估了渡槽结构整体的可靠性,采用传统方法得到的极限状态设计值偏于不安全,实际工程中应考虑影响因素的随机模糊性。

在役钢筋混凝土渡槽非概率时变可靠度分析

针对渡槽碳化概率可靠度分析需要大尺度的样本空间及统计变量特征难以获取等问题,基于区间模型非概率可靠度理论与混凝土碳化理论,提出了在役钢筋混凝土渡槽碳化的非概率时变可靠度计算方法,通过实例分析并与规范做比较,验证了计算模型的正确性。分别采用所提计算方法和Monte-Carlo概率可靠度法对既有渡槽结构进行可靠度计算。结果表明,非概率可靠度指标计算值较概率可靠度指标计算值小,该方法会使渡槽结构留有一定的冗余度;所提计算模型能简便有效地对渡槽结构做出碳化耐久性分析,弥补了概率可靠度分析的不足,研究结果对工程实践具有一定的指导意义。

在役钢筋混凝土渡槽安全评价与病害处理

针对大型灌区中输水渡槽普遍出现的病害现象,结合某大型钢筋混凝土渡槽工程,进行现场质量检测分析,运用有限元软件模拟了渡槽在各工况下静、动力状态,对钢筋混凝土渡槽局部与整体的安全稳定性进行多角度科学的评价与病害分析,并提出了针对性的加固方案,在工程中成功应用与推广。现场质量检测分析和三维数值模拟相结合的方法能够更加科学地评价渡槽结构整体的安全稳定性,同时也为老旧渡槽的安全评价与病害处理提供一种新思路。

基于Mindlin解的盾构隧道地表沉降黏弹性分析

基于Mindlin解,采用三参数固体黏弹性模型,给出了盾构隧道黏弹性沉降的计算方法,通过退化验证,证明了所得出的黏弹性沉降计算方法的正确性。结合工程实例进行计算分析,分别得出了黏性系数、距开挖面距离以及开挖深度对刀盘正面摩擦、刀盘侧面摩擦、正面附加推力、盾壳与周围土体之间的摩擦力引起的地表变形的影响。计算表明:沉降稳定所需时间随黏性系数增大而延长,随开挖深度的不同而不同;不同的黏性系数,最终沉降值无明显差异;盾壳摩擦导致的沉降随距开挖面距离的增加而减小。

在役钢筋混凝土渡槽多失效模式时变可靠度分析

传统渡槽可靠度分析大多只考虑失效模式的单一性,为此,基于混凝土碳化模型与钢筋锈蚀模型提出了在役钢筋混凝土渡槽多失效模式的时变可靠度计算方法。利用Monte-Carlo法建立了单一失效模式的时变可靠度与失效概率计算方法,在单一失效模式的基础上采用PNET算法给出了多失效模式时变可靠度模型,运用Matlab软件编写了程序,对某在役钢筋混凝土渡槽结构在单一失效模式与多失效模式下的时变可靠度与失效概率进行了计算分析,结果表明:考虑多失效模式的渡槽可靠度小于单一失效模式的可靠度,计算结果更加合理;考虑渡槽多失效模式的时变性,能更好地掌握结构可靠度随时间的变化情况,给渡槽结构的耐久性做出合理的评价;采用多失效模式时变可靠度对渡槽的可靠度进行计算,与单一失效模式计算结果相比更符合渡槽实际。

在役引水渠道安全稳定性评价与病害治理

为了全面分析大型灌区在役引水渠道的安全稳定性,并给出可靠的病害治理方案,针对大型灌区引水渠道普遍存在病害现象,以焦作市引沁灌区河口段引水渠道为工程实例,使用现场检测和数值模拟方法,对该引水渠道进行了安全稳定性综合评价,并提出具有针对性的病害治理方案。研究结果表明,运用现场检测、静动力数值模拟分析方法能够更加科学地评价大型灌区引水渠道结构安全稳定性。

考虑土体各向异性的在役钢筋混凝土渡槽结构动力分析

为了更加合理地分析地震荷载下土体对渡槽结构动力响应的影响,基于莫尔-库伦准则、TI介质双渐近-多向透射边界原理以及Newmark隐式数值积分法,建立了可考虑横观各向同性土层与TI介质双渐近-多向透射边界的渡槽动力计算模型。根据上述动力计算模型编写了相应的计算程序,并利用计算程序对不同工况下的渡槽模型进行了计算与分析。结果表明:在渡槽动力分析中,考虑横观各向同性土层的渡槽的最大位移比考虑各向同性土层的渡槽的最大位移有所增加,最大应力有所减小;引入TI介质双渐近-多向透射边界时,渡槽的最大应力与最大位移均有一定程度的下降。在进行渡槽动力分析时,考虑横观各向同性土层并引入TI介质双渐近-多向透射边界能更好地模拟工程实际。

考虑钢筋锈蚀的渡槽时变可靠度分析

根据钢筋锈蚀理论,以时间为变量,考虑钢筋锈蚀导致渡槽可靠度下降的随机性,建立了钢筋锈蚀的时变可靠度计算模型。基于中心点法与Monte-Carlo法,采用Matlab软件,编写相应的计算程序,对渡槽耐久性进行了分析。计算结果表明,基于渡槽钢筋锈蚀可靠度的时变性,能很好地反映结构劣化的动态变化与维护时间。模拟结果表明,所建立的计算模型能较好地反映钢筋混凝土渡槽结构的耐久性变化。