Influence of bridge deck on tsunami loading on inland bridge piers

The customary method of computing the hydrodynamic force on a pier of a bridge is based on the model tests of stand-alone piers. This implicitly ignores the influence of the deck on the flow pattern around the piers. The hydrodynamic force exerted on the piers by a solitary-like wave generated in a hydraulic wave flume is investigated using a complete pier-deck model, which includes both the pier and deck in the actual proportion. The experimental results reveal that the hydrodynamic force on the piers is influenced by the presence of the deck. For the complete bridge configuration studied, the actual force component which results from the hydrodynamic pressure acting on the piers only could be increased by as much as 50% over that for the case of stand-alone piers. This is due to the influence of the deck in obstructing the free splashing and topping over of the wave upon striking the piers, resulting in accumulation of fluid in front of the piers, and hence increasing the pressure on them. Thus, the hydrodynamic force computed based on experiments on stand-alone piers could be non-conservative for design of piers.     

深水桥墩流固耦合下的自振特性研究

首先探讨了深水桥墩流固耦合下动力特性研究的有限元理论和建立计算模型的方法。研究了桥墩墩水耦合分析中流体单元网格尺寸、流体范围对深水桥墩动力特性数值解精度的影响,得出了工程中常见的墩水耦合分析较优水体单元尺寸和理想水体范围图。计算分析了矩形、圆形和圆端型截面深水桥墩的自振特性,实心墩在水中的自振频率降低10%～20%之间。空心墩频率降低幅度大于实心墩,与截面尺寸和壁厚密切相关。水体对空心墩的振型也有一定影响。进一步研究了淹没深度、桥墩截面尺寸以及空心墩壁厚对深水桥墩频率降低幅度的影响,得到有益的结论。该研究方法以及相关结论可以对墩水耦合问题的进一步研究以及工程应用提供参考。     

钢筋混凝土空心矩形桥墩振动台试验

通过地震模拟振动台试验研究了钢筋混凝土空心矩形桥墩的抗震性能,以某空心矩形桥墩为原型设计了2个具有不同配箍率的空心矩形桥墩模型试件,并对其进行地震模拟振动台试验,选取El Centro波、Taft波和人工兰州波作为地震动激励,分析了各工况荷载下桥墩顶部的加速度响应、动力放大系数和墩顶位移响应等参数;利用大型通用有限元软件ABAQUS建立了桥墩有限元模型,将试验采集的加速度和位移响应同有限元计算结果进行对比分析。结果表明:2个模型试件均具有良好的抗震性能;不同地震波激励作用下,桥墩顶部加速度和位移响应不同;配箍率越高,墩身裂缝分布越密集,裂缝宽度越小;配箍率对加速度和速度响应无显著影响;验证了利用ABAQUS软件建立的有限元模型的可行性。     

动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响

地震激励下水与桥墩的相互作用会对桥墩产生动水压力,本文研究动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响,对提高深水桥墩长大桥梁的抗震安全性尤为重要。分别采用Morison方程和辐射波浪理论,建立了动水压力计算方法,分析了动水压力作用对桥墩地震响应的影响,并比较了两种方法计算的动水压力对桥墩地震响应影响的差异;分析了考虑土-结构相互作用时以及双向地震作用下动水压力作用对桩基桥墩地震响应的影响。研究表明:动水压力作用不仅会改变桥墩的动力特性,而且会增大桥墩的地震响应,其影响随相对水深的增大而增强;当桥墩迎水面宽度较大时,采用Morison方程计算的动水压力对桥墩地震响应的影响明显大于采用辐射波浪理论计算动水压力的影响;考虑土-结构相互作用会降低动水压力对桥墩地震响应的影响,但其影响仍不容忽视;考虑双向地震作用会加剧动水压力对桥墩地震响应的影响。由此得出结论,在深水桥墩长大桥梁的抗震分析中,需考虑动水压力作用对桥墩地震响应的影响。     

不同结构形式墩柱耗能及变形能力的比较

为考察钢筋混凝土桥墩和钢管混凝土桥墩的抗震性能,基于相同的含钢率和轴压比,首次进行了两种不同结构形式的桥墩拟静力对比试验（试件包括2个钢管混凝土墩柱和1个钢筋混凝土墩柱）,并考察了轴压比对钢管混凝土桥墩抗震性能的影响。试验结果表明,相同含钢率和轴力情况下,钢管混凝土墩柱的耗能能力和变形能力都优于钢筋混凝土墩柱,前者的耗能能力约为后者的4.5倍,变形能力约为后者的1.4倍;随着轴压比的增大,钢管混凝土墩柱延性有所下降。     

椭圆形钢管混凝土构件性能的研究Ⅲ:流体作用下阻力系数

椭圆形截面可以比圆形、方形和多边形截面更有效地折减流体对椭圆形钢管混凝土所作用的荷载.例如,采用椭圆形钢管混凝土桥墩,相比圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土,可以很有效地折减水流对桥墩的冲击作用.本文采用数值模拟的方法,通过CFD软件建立椭圆形截面的绕流数值模型,分别研究了不同形状的椭圆形截面在不同流速的空气和水中阻力系数随雷诺数变化的情况,得出相同雷诺数下阻力系数随截面形状的变化规律以及同一种形状截面阻力系数随雷诺数的变化规律,最后给出了阻力系数与雷诺数、截面形状之间的关系式和风载计算公式.     

深水高墩桥梁的地震响应分析

通过对Morison方程和各种规范规定的动水计算方法的比较,最后选择在Morison方程的基础上,用附加质量考虑水的影响,计算深水桥墩的地震响应,得出矩形深水墩动水作用下桥梁地震反应,为进一步分析墩体遭地震破坏形式及破坏程度提供可靠数据保证。     

碳纤维增强复合材料约束矩形空心墩抗震性能试验研究

为了研究纤维增强复合材料(FRP)约束钢筋混凝土(RC)空心截面桥墩的抗震性能,对水平单向和双向荷载作用下,剪跨比分别为4和8的CFRP约束RC矩形空心墩进行拟静力试验。分析不同试件的破坏形态、滞回曲线、水平力和位移延性。结果表明:通过CFRP布环包约束试验空心墩的塑性铰区,可降低墩柱的破坏位置、减轻损伤程度,并改变剪跨比较小墩柱的破坏形态;明显改善水平双向荷载作用下剪跨比较大矩形空心墩的滞回性能和延性,但是对水平力的提高小于20%。     

多点激励下高墩大跨桥梁抗震性能分析

基于OpenSEES平台,建立高墩大跨桥梁的弹塑性结构模型,对比分析在一致地震激励及行波输入下桥梁结构的地震反应特性,并对行波输入下高墩桥梁的破坏过程进行详细研究。分析结果表明,地震波频谱特性及地震动输入方式对桥墩的出铰位置和破坏顺序有较大影响;高墩的破坏主要表现为弯曲破坏,单墩墩顶截面出铰或达到极限状态往往先于墩底截面,设计时应引起重视。     

近场地震作用下深水桥墩的地震响应分析

近场地震以具有较大的PGV／PGA值及明显的速度脉冲为主要特征,本文分析了不同类型的近场地震对深水桥墩地震响应的影响;采用Morison方程的基本理论,将水视为附加质量,利用有限元方法来分析动水压力对深水桥墩地震响应的影响。通过计算分析得出：具有较大PGV／PGA值的近场地震波会引起桥墩结构较大的地震响应;动水压力对桥墩结构的地震响应有显著的影响,同时近场地震的速度脉冲效应会进一步增大动水压力对深水桥墩地震响应的影响;在矩形深水桥墩设计中,要考虑截面形状效应的影响,选择合适的D／B值。     

桥梁高墩截面形式探讨及其稳定性计算

讨论了桥梁高桥墩的截面形式，对工程中常用阶梯形高墩，依据结构稳定理论推导了常用支承情况下阶梯变截面墩柱的稳定方程，介绍了方程求解方法及求解中应注意的问题，可供设计部门参考。     

Higher-order mode effects on the seismic performance of tall piers

A comprehensive analysis was conducted to investigate the seismic performance of a typical tall bridge pier through incremental dynamical analysis (IDA). The effect of higher-order modes was studied specifically. The results showed that higher-order modes significantly contributed to the structural seismic response and should not be neglected. Including these modes resulted in an additional hinge midway up the pier. No plastic hinge would occur at this location for conventional bridge piers. Higher-order modes also led to an out-of-phase response between the hinge rotation at the pier bottom and the displacement at the top. This means that the displacement-based seismic design method cannot correctly predict the mechanical state of the critical hinge and therefore is not suitable for use in the seismic design of tall piers. Mistakenly using the displacement-based seismic design method for tall piers may result in a seriously unsafe condition.     

高耸桥墩倒模提架施工技术

三门峡至灵宝段高速公路枣乡河特大型桥共40个矩形空心墩,横桥向双面收坡,空心墩最大高度达59m。墩身施工中采用倒模提架体系,组装方便、安全性好、质量易于控制、成本低。     

Simplified vulnerability assessment of reinforced concrete circular piers in multi-span simply supported bridges

This paper proposes a simplified procedure for the seismic vulnerability analysis of multi-span simply supported bridges, in the case of single piers with solid circular sections. The proposed method can be applied whenever the seismic response of the whole bridge depends on the most critical pier. For an assigned limit state, the procedure determines the capacity curve of the critical pier as a function of three parameters (elastic stiffness, displacement at yielding, displacement at collapse), starting from the behaviour under combined axial stress and bending, and then taking into account the different possible collapse modes (shear failure; lap splice failure of the longitudinal bars; buckling) and the geometric nonlinearity. A significant numerical example is presented in which the traditional FEM solution is compared with the proposed simplified procedure.     

基于不同隔震体系的预制拼装桥墩桥梁结构 地震响应分析

为了研究预制拼装桥墩桥梁结构的地震响应,基于OpenSEES有限元分析软件建立墩顶隔震和墩底隔震的预制拼装桥墩连续梁桥分析模型; 通过分析桥梁模型在3组不同强度、不同特性地震动激励下的动力特性、位移、内力、残余位移、预应力筋预应力、接缝压力等参数的变化,对隔震体系的隔震效果进行评估并给出了墩底隔震桥梁的设计建议。结果表明:预制拼装桥墩连续梁桥采用墩顶隔震体系和墩底隔震体系均可以大幅减小桥梁在地震中的位移和内力,延长桥梁自振周期; 采用墩梁固接、墩底隔震的桥梁结构相比于直接采用隔震支座连接墩梁的桥梁结构具有更长的自振周期、更小的震中位移和墩顶残余位移,表现出更好的隔震效果,在大地震中墩底隔震体系隔震优势更加明显; 采用墩底隔震体系的桥梁预制拼装桥墩会有更大的预应力变化、预应力损失和接缝竖向压力,因此隔震支座也应具备更高的性能。     

河床冲刷深度变化对大型桩基桥梁地震反应的影响

以一座超大跨度斜拉桥为工程背景,采用解析解和有限元模拟计算相结合的方法,对河床冲刷深度变化对大型桩基桥梁地震反应的影响进行初步探索性研究。建立两质点单墩模型,推导地震反应计算公式,用解析法计算桥墩及其基础的地震反应随河床冲刷深度变化的情况,分析高桩承台基础与桥墩的动力相互作用规律,结果表明,由于承台大质量的存在,桥墩的地震反应会表现出显著的共振效应,当桥墩和基础的自振周期相近时,会出现一个峰值。进一步地,建立斜拉桥的全桥有限元模型,计算边墩、主塔及其基础的地震反应随河床冲刷深度变化的情况,验证了解析法得出的影响规律:河床冲刷深度变化对大型桩基桥梁的地震反应有很大的影响,随着冲刷深度的增加,桥梁结构的地震反应并不是单调减小,而可能出现一个峰值。     

钢骨钢管混凝土在单柱式桥墩中的应用研究

受压状态下的钢骨钢管混凝土柱,外围混凝土对内部钢管有一定的紧箍力,钢管又对内部混凝土有环向压力,使得核心混凝土处于三相受压状态,从而提高构件的整体刚度和极限承载力。根据结构的这种工作机理,从正截面承载能力研究出发,提出了把这种结构应用到桥梁的柱式桥墩上的构想,从而解决单柱式桥墩墩身截面粗大的问题,增加桥下使用空间。在施工工艺上简化柱内钢筋笼的制作,节省人力资源。     

非一致氯离子侵蚀下近海桥梁时变地震易损性研究

近海桥梁往往处于氯离子空间分布不均匀的复杂环境,在服役过程中往往会遭受非一致氯离子侵蚀,导致材料及结构性能不断退化,降低桥梁抵御地震的能力。为研究非一致氯离子侵蚀下桥梁地震损伤风险变化规律,文章以氯离子扩散规律及钢筋锈蚀机理为基础,基于Duracrete模型及以往试验结果,确定不同环境参数及锈蚀参数的概率分布类型及统计特征,建立钢筋及混凝土材料退化规律。结合地震易损性分析理论,建立非一致氯离子侵蚀环境下桥梁时变地震易损性评估流程。随后,以一座多跨连续梁桥为例,分析退化桥梁抗震能力变化特征,研究不同构件的地震损伤时变规律。研究结果表明,氯离子侵蚀下的桥墩截面抗弯承载力和曲率延性均表现出明显的退化,并且曲率延性退化程度高于抗弯承载力。非一致氯离子侵蚀会导致桥墩损伤分布发生演变,桥墩易损位置可能从墩顶、墩底转移至低水位处。随着服役时间增加,桥墩损伤概率明显增大,而支座、挡块及桥台的损伤概率略有降低。     

大跨度斜拉桥边墩新型横向钢阻尼器减震体系及设计方法

针对大跨度斜拉桥边墩的横向抗震问题,提出桥梁新型横向钢阻尼器与滑动支座组合的一种边墩横向减震体系,以及基于桥梁实际抗震需求的减震 体系设计方法。之后,以一座主跨620m的大跨度斜拉桥为工程背景,验证该方法的可行性。并从关键位置的地震反应、阻尼器对横向基本控制振型的影响、 减震体系的耗能能力和地震动输入的影响等方面对边墩新型横向减震体系的减震效果进行全面分析。结果表明,大跨度斜拉桥边墩新型减震体系具有显著的 减震效果;与常规体系相比,对地震动输入较不敏感。     

弹性约束高墩的稳定性分析

实际工程中桥梁上部结构的约束对桥墩的稳定计算具有不可忽略的作用,从能量原理出发,推导出了考虑墩顶受桥梁弹性约束的高墩失稳临界力的计算公式,并建立有限元模型验证了公式的正确性,同时分析了墩顶约束刚度、墩高和桥墩直径对高墩稳定性的影响。该公式计算简单,精确度高,能满足工程需要,可为设计人员提供参考。