微型桩支撑引板的无缝桥试设计研究

为研究微型桩支撑引板的无缝桥受力性能,进行了这种新型无缝桥的试设计,采用MIDAS/Civil建立了考虑微型桩 土相互作用的全桥空间有限元模型,对比分析了试设计桥与原桥在恒载作用、汽车荷载作用、引板沉降下的受力行为,以及温度作用、收缩徐变效应、引板与接线路面间伸缩量下的受力行为;采用模态分析和地震时程分析方法研究了桥梁自振特性和地震响应。结果表明:竖向荷载作用下试设计桥的主梁边跨正弯矩减少,同时引板沉降减少;微型桩的约束作用会使主梁在升温、降温、收缩徐变作用下的轴力增大;试设计桥在地震荷载作用下位移反应减少,提高了桥梁的抗震性能;该研究成果可为微型桩支撑引板的无缝桥设计提供借鉴,对该新型无缝桥在实际工程中的应用和发展起到推动作用。     

不同类型桩基支撑的整体桥力学性能

以福建永春县上坂大桥作为工程背景建立了全桥有限元模型,通过实桥静载、动载试验对模型进行验证,并在整体式桥台下分别设置了矩形桩、圆形桩、预应力高强混凝土(PHC)管桩、钢管桩、H型钢桩、工型超高性能混凝土(UHPC)桩和工型UHPC-矩形变截面桩,研究了整体桥采用不同类型桩基时对其整体力学性能的影响。结果表明:有限元模型的计算基频较实测值减小了5.5%,第1阶模态均为横向侧飘,主梁在汽车偏载和中载作用下出现的竖向挠度与实测挠度较吻合,验证了有限元模型的合理性; 随着整体温度的升高,不同类型桩基支撑的整体桥主梁和桩基最大正、负弯矩和剪力随之增大,主梁竖向挠度随之减小,梁端水平位移也呈现明显的增长趋势,但在相同温度荷载作用下,整体式桥台下设置不同类型桩基对梁端水平位移的影响很小; 桩身显著变形区主要出现在0～6.4D(D为桩径)埋深处,在更大埋深处基本可忽略,表现出了柔性桩的变形性能; 随着变截面桩的上部UHPC桩段抗弯刚度的增大,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩均显著增大,桩顶水平变形显著减小; 随着上部UHPC桩段长度的增加,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩先呈现明显的增长趋势,而后趋于稳定,桩顶水平变形则先呈现明显减小趋势,随后趋于稳定; 上部UHPC桩段长度一般取为桩基总长的36%,对整体桥主梁和桩基的受力较好,为UHPC桩段的经济长度; 温差小于15 ℃时,整体桥采用不同类型桩基时对主梁和桩基的受力影响不大; 随着温差继续增大,整体桥采用H型钢桩、工型UHPC桩或工型UHPC-矩形变截面桩时主梁和桩基的受力性能更好。     

采用不同下部结构形式的整体式无缝桥受力特征

建立考虑桥台 土、桩-土相互作用的整体式无缝桥有限元分析模型,并选取下部结构形式、温度作用、台后填土性质以及桥梁跨径为研究参数,对比分析了采用不同下部结构形式的整体式无缝桥受力特征。结果表明:下部结构刚度越大,其对上部结构的约束作用越强,桥梁纵向整体性更明显,但对主梁梁端和桥台的受力越不利;当下部结构刚度较大时,温度对桥梁内力和变形的影响更明显;随着桥梁跨径的增大,整体温度作用的影响逐渐成为温度作用中的主要因素;当下部结构采用矮桥台与桩基础时,台后填土密实度对梁端和桥台弯矩以及主梁轴力的影响不明显;当采用墙式桥台时,随着台后填土密实度的增大,温度作用下主梁轴力会快速增大;随着桥梁跨径的增大,整体式无缝桥的内力不断增大,且当采用刚度较大的下部结构时增大的速率更快;若以桥台在正常使用极限状态下的混凝土裂缝宽度为控制目标,应对整体式无缝桥的最大桥长进行限制,且下部结构刚度越大,最大桥长的限制越严格。     

中国无伸缩缝桥梁调查与分析

无伸缩缝桥梁(无缝桥)取消了伸缩装置(伸缩缝),从根本上免除了伸缩装置带来的病害与维修更换问题,具有良好经济和社会效应。针对中国无缝桥的建设趋势、应用类型、区域分布、桥长、上部与下部结构、引板等情况开展调查与分析。结果表明:截至2022年5月,中国已建成无缝桥70座; 无缝桥在经济发达国家应用广泛,但在中国还处于起步阶段; 中国无缝桥修建数量不断增加,2010年开始增速加快,整体桥的应用比例上升; 无缝桥应用省份不断扩大,新增在严寒地区的应用; 无缝桥以中小跨径桥梁为主,总长不长,在多跨桥中应用较多; 上部结构以混凝土空心板为主; 下部结构中,柱式埋置式桥台在各种无缝桥中均有较多的应用,且整体桥较多采用薄壁轻型桥台,半整体桥和延伸桥面板桥较多采用重力式桥台,桥墩以混凝土桩柱式为主,引板主要采用面板式引板; 今后应增加无缝桥的应用数量和地区,加大整体桥的推广力度和无缝化改造的研究与应用,扩大无缝桥的跨径、桥长、曲率半径、斜交角的应用范围,推动中国无缝桥技术的进步。     

采用UHPC-RC阶梯桩的整体桥试设计

为了增大桥台基础柔度,适应整体桥纵桥向变形需要,提出了上部采用超高性能混凝土（UHPC）材料、下部采用普通混凝土（RC）材料的UHPC-RC阶梯桩,进行了这种新型桩基整体桥的试设计,在桩顶3 m范围内用截面尺寸为30 cm×30 cm的UHPC代替原来的70 cm×50（70） cm普通混凝土,并采用MIDAS软件建立了全桥空间有限元模型。研究结果表明:恒载作用下,试设计桥梁端负弯矩相比于原桥明显减小;在偏载和中载作用下,试设计桥主梁在桥台处的负弯矩分别减小14.2%和22.8%;整体降温作用下,主梁的轴力和弯矩均都有显著减小,桩身的最大剪力和最大弯矩出现在桩顶位置,分别减小52.2%,59.8%;在整体升温作用下,桥台的最大剪力和最大弯矩出现在桥台顶部位置,分别减小32.6%,45.8%;UHPC-RC阶梯桩是一种适合中国国情、有发展前景的无缝桥桩基新结构。     

半整体式桥台无缝化斜交桥的抗震性能分析

为了掌握半整体无缝斜交桥的动力特性和地震响应特点,采用MIDAS/Civil建立了湖州贯边桥的有限元模型,进行了动力特性分析,并运用反应谱法和地震时程法对无缝化斜交桥进行了地震响应分析。结果表明:梁端台后土对桥梁的约束作用随斜交角的增大而逐渐减弱;主梁梁端台后土的作用对桥梁结构是有利的,可以有效约束桥梁纵飘;在进行地震安全性分析时,用反应谱法所得的墩底内力和墩顶位移均大于时程分析法;在进行半整体无缝斜交桥的工程设计时,应以垂直于盖梁方向输入地震动计算固定支座所产生的墩顶位移来控制桥梁的抗震安全性;所得研究成果为半整体式桥台无缝化斜交桥的抗震设计和研究提供了可参考资料,对该桥型的实际工程应用和发展起到了推动作用。     

整体桥受力性能研究

以福建某大桥为工程背景,为一座预应力混凝土整体桥,采用Midas Civil 2015建立了该整体桥与连续梁桥的3D有限元模型,以研究整体桥与连续梁桥的受力差异。分析了恒载、汽车偏载和中载与温度等荷载作用对整体桥和连续梁桥的主梁弯矩、剪力和竖向挠度的影响。研究结果表现,在恒载作用下会引起整体桥主梁端部较小的负弯矩,对主梁剪力和竖向挠度的影响与连续梁桥相近;汽车偏载和中载均会引起整体桥主梁端部很大的负弯矩,使其边跨主梁内的正弯矩值大大减小,且汽车偏载对整体桥主梁受力的影响明显大于汽车中载;在温度荷载作用下,整体桥主梁内会引起很大的附加内力,在设计中需引起重视。此外,整体桥的振动频率远大于连续梁桥,尤其是基频,凸显了整体桥更大的全桥刚度;在地震作用下,整体桥可有效防止主梁落梁的发生,相比连续梁桥,整体桥具有更好的抗震性能,但也需注意防止墩顶限位挡块的破坏。     

温度荷载下整体式桥台斜板桥的受力性能研究

建立了整体式桥台斜板桥的有限元计算模型,分析在温度荷载作用下,斜交角及板桥下部结构各参数的变化对主梁受力性能和主梁伸缩量的影响,并与相应跨径有伸缩装置板桥的受力性能进行比较,得出可供整体式桥台斜板桥工程设计参考的若干结论。     

斜交装配式简支梁桥地震非均匀碰撞效应

鉴于地震作用下斜交梁桥的不规则平面旋转位移使得应用接触单元法计算斜交梁桥碰撞效应存在一定的局限性,为了探讨三向地震作用下斜交装配式简支梁桥的地震碰撞力、梁端应力和墩底应力的非均匀分布规律,提出了采用显式动力接触算法计算斜交梁桥地震碰撞效应的数值模拟方法。结果表明:斜交简支梁桥横桥向的碰撞比纵桥向的碰撞更加剧烈;桥台背墙对边主梁的碰撞力大,对中间主梁的碰撞力小;桥面两侧的梁间碰撞力大,桥面中心线的梁间碰撞力小;挡块根部受到的碰撞力大,相应部位的边主梁横向应力大;挡块端部受到的碰撞力小,相应部位的边主梁横向应力小;碰撞对台柱底部几乎没有影响,斜交梁桥的地震碰撞力分布极不均匀,总体上表现出“四角四边大,中间部位小”的特点。     

双柱式简支-桥面连续梁桥横向地震碰撞和防撞措施分析

地震作用下,结构的碰撞问题是影响结构地震反应和抗震性能的一个重要因素。本文针对简支-桥面连续梁桥在横桥向地震作用下主梁与抗震挡块间的碰撞行为,建立了考虑支座非线性、墩柱弹塑性以及桩土相互作用的碰撞模型。在此基础上分析了主梁与抗震挡块间的碰撞效应,探讨了减轻碰撞的措施和方法,并比较了两种措施的防撞效果。结果表明:主梁与抗震挡块间的碰撞不仅产生巨大的碰撞力,还会增大桥墩的地震需求,对结构抗震不利;在抗震挡块内侧安装橡胶缓冲垫和采用铅芯橡胶支座均能减小碰撞力、墩顶底的剪力和塑性转角,但后者的防撞效果更好。     

简支梁桥横向地震反应研究

用有限元方法对简支梁桥的横向地震反应按全桥模型进行了计算分析,并与我国公路规范方法的结果进行了比较.讨论了桥长、主梁横向刚度、不同计算模型等因素对简支梁桥横向地震反应的影响.研究表明对于简支梁桥的横向抗震计算,应该采用全桥模型计算;我国现行公路及铁路抗震规范中的简化计算方法误差较大.     

半整体式无缝桥中带预压缝的配筋接线路面温降效应

提出一种新的半整体全无缝桥梁结构形式,即将主梁、搭板和接线路面全部联结,取消桥梁与接线路面的所有收缩装置。温降时主梁和搭板带动接线路面受拉,依靠接线路面的带裂缝工作来吸纳桥梁变形。为控制裂缝的间距和宽度,并减小温降时搭板与接线路面之间的水平拉力,沿纵向每隔1m,在厚度为240mm的接线路面的上、下缘各设置了一道深50mm的混凝土板预压缝。本文主要研究温降时接线路面的拉力-伸长-裂缝间距和宽度的关系;推导预压缝处裂缝宽度的计算公式;完成一个总长28m的半整体式无缝桥梁室内拉伸试验,试验结果表明,接线路面能够顺利吸纳主梁的水平位移,且接线路面的裂缝宽度可以控制在公路规范容许的范围内,本文的理论计算成果基本反映实际受力状况。     

支座对斜交桥桥墩抗震性能的影响

本文以市政桥梁中常见的20米跨径简支斜梁桥为例,通过空间有限元模型分析,探求不同支座形式和刚度对斜交桥桥墩地震响应的影响,对正确进行斜交桥的抗震设计提供了有意义的参考。     

既有混凝土桥梁病害特征及病因浅析

根据重庆市某高速公路上21座既有混凝土桥梁的检测，既有混凝土桥梁存在梁体混凝土外观较差、梁底混凝土出现多处裂缝、曲线桥梁体滑移、预应力筋锚头及钢绞线外露、墩柱和盖梁产生裂缝、支座发生剪切变形等病害特征，并对这些病害产生的原因进行了细致的分析。对完善混凝土桥梁设计理论、施工技术、桥梁运营期间的监测及养护工作有一定的指导意义。     

整体式弯桥试设计研究

以某实桥为工程背景,进行整体式弯桥的试设计和设计验算。采用MIDAS/Civil2015有限元软件分别建立了原桥和整体式弯桥的3D有限元模型,后者考虑了台-土及桩-土相互作用。对比分析了两者在恒载、活载(汽车荷载)、温度荷载、混凝土收缩以及地震等荷载作用下的受力性能。结果表明:由于梁端固接和台后土压力等影响,恒载、活载、温度及混凝土收缩等荷载作用下,整体式弯桥梁端具有较大的负弯矩; 整体式弯桥在恒载作用下的主梁弯矩值较原桥均匀,而在活载作用下主梁弯矩值与原桥相近; 温度荷载对整体式弯桥的主梁内力影响最大,其次为混凝土收缩效应,在设计中应引起重视; 在恒载、活载作用下,整体式弯桥和原桥的主梁扭矩基本呈反对称分布,且恒载下的主梁边跨扭矩显著小于原桥,而在活载下两者的主梁扭矩相差不大,整体式弯桥表现出较优的抗扭性能; 此外,整体式弯桥的抗震性能明显优于原桥,可有效避免主梁在地震中的侧向偏位和落梁等现象,在高震区使用更具优势。     

永春县上坂大桥的设计——无伸缩缝桥梁的应用实践

对于中、小跨径的桥梁,按照无伸缩缝桥梁理论设计,梁体的变形则通过一些特殊方法处理予以吸纳,可以解决桥梁伸缩装置带来的许多维护上的问题。本文简要回顾了无伸缩缝桥梁的发展情况,并对我国目前桥长最长的无伸缩缝桥梁—福建省永春县上坂大桥的设计进行了详细的讨论。     

汶川大地震公路桥梁震害分析及对策

 对5.12汶川大地震四川重灾区国(省)干线公路1 657座桥梁震害的调查检测结果加以归纳,总结出7种公路桥梁的宏观震害;归纳了梁式桥及拱桥的几种典型震害——移位、落梁、桥墩剪断、压溃和开裂、桥台墙体开裂、桥台肋板和背墙开裂、桥台填料垮塌、拱圈开裂、拱上结构开裂等,并对其进行了初步分析。根据震害,提出了桥位及桥型选择应注意的有关因素,以及针对梁体移位、桥墩破坏等震害的相关抗震对策。