钢管混凝土组合桥墩和钢筋混凝土桥墩抗震性能对比研究

钢管混凝土组合桥墩（以下简称组合桥墩）是一种在传统钢筋混凝土桥墩内设置核心钢管的新型墩柱。基于２个组合桥墩和２个钢筋混凝土桥墩试件的拟静力试验，讨论了两类桥墩的抗震性能差异，分析了内置核心钢管对墩柱水平承载力、变形能力、滞回耗能和残余位移的影响。研究结果表明:剪跨比λ＝３．０和λ＝２．０的桥墩试件分别发生弯曲破坏和弯剪破坏；在荷载－位移滞回曲线方面组合桥墩试件表现出较为饱满的曲线特性；在强度衰减和刚度退化方面，组合桥墩试件退化速度较慢，即使位移达到限值时，仍能保持其稳定性；内置核心钢管对墩身初始水平刚度影响甚微，但能提高试件的水平承载力、变形和耗能能力，并能有效减小卸载后的墩顶残余位移。研究成果可为组合桥墩的工程应用提供试验基础。     

水—桩—土—桥墩结构体系的地震反应分析

以双柱式桥墩为研究对象,以基于Morison动水压力公式的附加水质量考虑水体对桥墩的影响,考虑了土体和桥墩混凝土的非线性特征,建立了水—桩—土—桥墩结构体系的地震反应分析模型,分析了地震作用下水体对桥墩的墩顶相对墩底位移、加速度、剪力和弯矩反应的影响及其动水压力影响系数。结果表明:动水压力改变了桥墩的地震反应特性,增大了桥墩顶部相对底部的位移、墩顶绝对加速度和墩底的内力。对于深水桥墩抗震设计计算,考虑动水压力的影响更符合工程实际情况。     

小尺寸双柱式桥墩波浪力的数值分析

Morison 方程适用于小直径孤立柱的波浪力计算,对于双柱式桥墩的波浪力计算已不能直接采用 Morison 方程。为了能利用 Morison 方程求解双柱式桥墩的波浪力,定义了双柱式桥墩前柱、后柱及整体结构的波浪力干扰系数。采用线性波浪理论,利用推板式造波方法模拟线性波,将 ANSYS Workbench平台作为 FLUENT 和 ANSYS 的数据传递平台,对深水环境下双柱式桥墩受到的波浪力以及波浪场作用下双柱式桥墩的结构变形进行单向流固耦合数值模拟。数值模拟结果表明,双柱式桥墩前、后柱波浪力的干扰系数在一定柱距范围内均随柱距的增大近似的成线性增大,当柱距超过一定值后趋于稳定。由于双柱间存在相位差,双柱墩波浪力的总干扰系数以及双柱墩的结构变形却随着双柱中心距的增大而减小。这些变化曲线为实际工程中深水桥梁双柱式桥墩的波浪荷载计算提供了一种更为简便的算法。     

高烈度地区高架渡槽自复位减隔震支座设计

随着近几十年桥梁支座减隔震技术在很多国家和地区的广泛应用，减隔震支座已经成为增强强震区桥梁抗震能力的重要手段。为了使处于地震高烈度地区的高架渡槽具有良好的减隔震性能以及震后自复位性能，达到有效控制地震损伤并保证震后结构性能的目的，以普通球型钢支座为基础，研发了一种新型斜面导向自复位减隔震支座。结合新型减隔震支座的构造特点及工作原理，对该支座进行了水平恢复力试验和单槽振动台振动模型试验。试验结果表明：新型减隔震支座具有良好且稳定的减隔震性能和自复位性能，可显著降低墩顶水平力，进而减小墩底弯矩，减震效果明显，且具有较小的残余位移。     

基于“投资-效益”准则的RC桥墩全寿命总费用

基于性能的抗震设计于20世纪90年代兴起以来,目前在土木建筑方面的文献较多,但是关于桥梁的研究成果较少。采用五级钢筋混凝土桥墩结构性能水平,以钢筋混凝土桥墩墩顶位移角为量化指标,建立了钢筋混凝土桥墩性能水平与钢筋混凝土桥墩位移角限值之间一一对应的关系。将地震危险性分析与最优设防烈度结合起来,建立基于投资-效益准则的RC桥墩全寿命总造价计算的通用框架。     

预制箱梁桥桥墩抗震设计分析

结合三河市泃河预制箱梁桥的设计工作,采用MIDAS CIVIL有限元计算软件建立桥梁整体空间动力模型,给出了预制箱梁桥前四阶的自震周期和频率、研究了桥墩墩顶位移过大、塑性铰抗剪不过的处理办法,和反应谱计算抗震时减隔震支座的模拟方法,为预制箱梁桥的桥墩抗震设计提供参考。     

钢板混凝土复合加固铁路重力式桥墩抗震性能研究

为探究钢板混凝土复合加固震后铁路重力式桥墩的抗震性能,制作配筋率为0.5%的桥墩缩尺模型进行拟静力试验。将模型墩底破坏区域采用钢板混凝土复合加固,对加固后的桥墩模型通过周期往复荷载试验来研究桥墩破坏形态,从滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化及位移延性等参数分析其抗震性能,并建立有限元模型进行验证。试验结果表明:（1）模型试件中钢板加固桥墩模型墩身部分作为过渡区,避免了加固面受集中力影响导致的破坏面转移;（2）采用钢板混凝土复合加固,可有效提高模型试件的刚度、耗能和承载能力,明显提升了桥墩的抗震能力。该加固方案可用于震后铁路重力式桥墩的修复。     

耗能钢筋配筋率对自复位桥墩抗震性能影响分析

利用ＡＢＡＱＵＳ建立桥墩模型,探究了0．05％、0．10％、0．15％、0．20％、0．25％、0．30％六种不同耗 能钢筋配筋率下自复位桥墩抗震性能。结果表明:耗能钢筋配筋率对桥墩的耗能能力有显著影响,随着 耗能钢筋配筋率的提高桥墩的耗能能力逐渐提高,但当耗能钢筋配筋率高于0．20％时桥墩的耗能能力 提高的幅度降低;耗能钢筋对桥墩延性性能有一定的影响,耗能钢筋配筋率小于0．10％时随耗能钢筋配 筋率的提高,桥墩延性性能下降幅度较大,耗能钢筋超过0．10％时随着耗能钢筋配筋率的提高桥墩的延 性性能下降幅度基本趋于一致;同时随着耗能钢筋配筋率的提高,桥墩的屈服荷载和抗侧力也有一定的 提高。     

基于IDA分析的深水高墩连续刚构桥地震损伤评价

为研究深水高墩连续刚构桥的地震易损位置及损伤程度,以某库区深水高墩连续刚构桥为对象,采用塑性铰模型,考虑地震动水效应,建立结构非线性有限元模型。采用频数分析法,选取50条典型强震记录为输入,基于IDA分析,从地震易损性分析的角度去评价深水高墩连续刚构梁桥的抗震性能,对比分析了高水位与无水情况下桥墩和支座的整体易损性曲线、桥墩墩身易损位置及其对应的损伤概率分布情况。结果显示:考虑水体时,桥梁构件损伤概率会显著增大,桥梁主墩的易损位置由墩底附近向墩身上部位置移动;支座处的损伤概率在各相应损伤等级中比桥墩高,且相比于主墩,边墩更容易发生损伤;边墩损伤位置主要集中于墩底附近,而主墩损伤位置位于墩底附近及墩身上部。结果表明,抗震设计时,需重点关注以上边主墩易损伤位置的受力及支座位移情况。     

山区河道斜交桥梁的防洪计算分析

山区河道弯曲狭长,洪水期峰高流急,而受地形和线位制约,很多桥梁不得不采用斜交方式跨河,进一步增加了阻水面积,给河道防洪造成很大压力。以拟建兰江特大桥为例,通过二维数值模型计算分析斜交桥梁扭转桥墩和增大桥跨两种结构优化方案对山区河道防洪和河床冲刷的影响效果。结果表明:扭转桥墩轴线与水流方向平行可以减小斜交桥梁对河流的阻水效应,并且可以改善桥墩的挑流作用,减小河道冲刷;增大桥跨(减少桥墩阻水面积)也是减轻桥梁阻水的有效措施,再结合扭墩对桥梁结构进行优化,可以显著减轻桥梁阻水作用,改善桥墩的挑流作用,并且减轻对河道的冲刷。     

ＢＦＲＰ模壳不排水加固桥墩的延性设计方法

针对桥梁桥墩受到水流冲刷发生损坏的问题，ＢＦＲＰ模壳加固桥墩是一种新型的不排水加固桥墩的方法，但缺乏针对ＢＦＲＰ模壳加固后桥墩抗震性能的分析方法。因此，在试验的基础上，建立了ＢＦＲＰ模壳加固桥墩位移和延性系数、材料性能参数，包括ＢＦＲＰ约束混凝土的极限压应变、ＢＦＲＰ配箍率、ＢＦＲＰ有效极限抗拉强度和ＢＦＲＰ有效极限抗拉应变等之间的力学计算模型，提出了基于目标延性系数提高指标的ＢＦＲＰ模壳抗震延性加固设计方法，通过试验结果验证了所提出方法的可靠性。以位于福建省某简支梁桥2号墩的桩基作为现场例证，介绍了加固设计的过程。     

基于概率的圆形RC桥墩性能指标量化分析

为了实现桥梁结构基于性能抗震设计,需要给出RC桥墩各等级性能水平下墩顶侧移率限值的量化定义。将RC桥墩抗震性能水平按完好无损、轻微损伤、中等损伤和严重损伤等损伤状态划分为四个等级。建立了RC桥墩各等级性能水平下墩顶侧移率计算公式,基于搜集到的74个圆形RC桥墩拟静力试验结果,通过多元回归分析,得到计算公式中轴压比、剪跨比和配箍特征值的相应系数。考虑计算公式中认知不确定性,采用K-S方法,对各等级性能水平下墩顶侧移率概率分布模型进行分析,结果表明,在5%重要性水平下概率分布模型服从对数正态分布。     

李家峡水电站层状岩质高边坡现场大型预应力群锚加固机理试验研究

在李家峡水电下游消能区左岸高边坡上部５１０ｍ＾２范围内进行的群锚试验，集中布置了６００ｋＮ级预应力锚杆、１ ０００ｋＮ级和３ ０００ｋＮ级预应力锚索１６根。依不同张拉加载方式和张拉阶段及长期观测为主线，配备八项测试手段，在干扰多、难度大、标准高的情况下，开展了大规模、系统地群错试验。在西北勘测设计研究院，水电四局李家峡施工局及岩锚处和黄河上游建设局等２２个单位１５０多人员，历时１３个月的艰苦努力下     

河道防洪枢纽控制工程中栅墩纵梁参数对结构动力影响特征研究

为研究河道防洪枢纽工程中栅墩纵梁截面体型设计参数对结构动力影响特性,借助仿真软件建立计算模型,分析单一变量设计因素以及截面综合设计因素下动力影响特性。结果表明,高度单一影响因素下,纵梁以及腰墙上最大拉应力受之影响较大,而栅墩承台上几乎不受影响;栅墩各向位移均较稳定或变化幅度较小。宽度单一因素下,对纵梁、腰墙最大拉应力稍有增幅,腰墙上稍有降低;栅墩X、Y、Z向位移随截面宽度设计参数几乎无较大变化。综合截面体型设计参数获得截面积过大易导致纵梁发生张拉破坏,栅墩X、Y向位移分别稳定在14和13.8 mm,当截面高度、宽度均为0.5 m时,闸墩抗震性能最佳。研究结果可为水利工程中结构抗震设计参数因素影响性研究提供参考。     

大跨度高墩连续刚构桥摩擦摆支座减隔震设计

以某大跨度高墩连续刚构桥为研究对象,应用Midas有限元软件,建立该桥的整体空间有限元计算模型,开展自振特性分析,并进行反应谱和弹性时程分析;同时还采用双线性滞回曲线模拟摩擦摆支座进行非线性时程分析及抗震性能验算。分析结果表明:引入摩擦摆支座后,桥梁的基频降低,延长了桥梁的自振周期,对抗震有利;桥梁内力响应、位移响应均有较大幅度减小,且对顺桥向的地震响应影响较大;隔震后桥墩在E2地震作用下的计算弯矩小于其初始屈服弯矩,处于弹性工作状态,满足既定的抗震性能目标。     

双桥墩条件下冰塞发展临界条件试验初步研究

河流中的桥墩改变了附近原有的水流特征,冬季可能对其附近冰塞的形成和演变产生影响。基于水槽模型试验,通过改变墩心距、墩径、墩形、冰水流量比和水流弗劳德数,分析了双桥墩条件下冰塞发展通过桥墩的临界条件。试验表明：冰塞能否发展通过桥墩所在断面存在临界弗劳德数,其值受墩心距、墩径、墩形和冰水流量比等因素控制,随着墩心距的减小或冰水流量比、墩径的增大,冰塞发展通过桥墩所在断面难度增大,方形墩相较于圆柱形墩难度增大;试验范围内,随着墩心距的减小,桥墩所处河道断面输冰能力增强,初始冰塞厚度增加,但冰塞平衡厚度减小。     

单墩绕流的三维数值模拟

应用流体动力学软件fluent中雷诺应力方程模型和VOF方法,模拟了单墩绕流现象。结果表明:桥墩的阻水作用使墩前的水面在上游不远处开始逐渐升高,至墩前达到最高值,形成墩前的向下水流;墩后靠近桥墩水面处有逆向水流产生;水面线会受到桥墩的影响,桥梁的修建减小了断面过流面积,再加上桥墩本身的阻力,使水流流线在桥梁的上游收缩、下游扩散,形成桥墩前方的壅水现象。     

弯剪破坏钢筋混凝土桥墩的变形能力分析

文章整理了美国PEER柱抗震性能试验数据库中发生弯剪破坏的20根矩形截面钢筋混凝土墩柱的拟静力试验数据,识别了屈服位移角和极限位移角作为桥墩变形能力的量化指标,分析了影响弯剪破坏桥墩变形能力的主要因素,并建立各影响因素与变形能力之间的定量关系。结果表明,增大剪跨比、面积配箍率、纵筋配筋率或减小轴压比可增大弯剪破坏墩柱的屈服和极限位移角,对增大极限位移角的效果更明显,其中轴压比对其变形能力的影响最大。     

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。     

桥墩型式对河道流态的影响分析

为了保证跨河桥梁的安全,减少桥墩对行洪的影响,对桥墩型式及布置位置对河道流态的影响进行分析是十分必要的。基于工程实例,采用MIKE21构建矩形墩、圆形墩、圆端形墩三种河道流态分析模型,分别进行河道水位、流场与桥墩型式相应的影响分析。研究发现三种墩形下,墩头两侧流速均显著增大并伴有跌水,且主槽跌水大于滩地。其中,矩形墩墩前壅水、墩后跌水及墩间流速增量最大,圆端形最小;圆形排墩沿墩轴线桥墩之间流速减小。研究成果能够为桥梁工程的规划、设计及参数优选提供参考。