群桩基础桥墩静力PUSHOVER分析

静力Pushover分析是应用能力谱法进行抗震分析的重要一步,也是研究结构非线性受力特征的重要方法之一。本文采用Pushover分析方法, 同时考虑地基土与桩构件的非线性,研究了群桩基础桥墩的侧向加载模式与非线性受力特征。研究结果表明:(1)侧向加载模式不同,获得的能力曲线不同。均匀分布和墩顶集中力加载模式分别反映了结构能力曲线的上、下限,一阶振型和SRSS分布介于两者之间。建议群桩基础的Pushover分析应采用SRSS加载模式。(2)墩高小于20 m时,高速铁路简支箱梁桥的水平惯性力主要集中在墩顶及承台处。(3)受拉侧单桩初始屈服后,群桩基础的承载能力还可继续增加,但横桥向多排桩(4排桩)群桩基础增加更明显。横桥向多排桩群桩基础的位移延性系数高于纵向两排桩的情况。     

FEA on hysteretic behavior of concrete-filled round-ended stainless steel tubular bridge piers

为研究圆端形不锈钢管混凝土桥墩的滞回性能,采用有限元分析软件ABAQUS,建立了圆端形不锈钢管混凝土桥墩的精细化模型,对比研究其与圆端形普通钢管混凝土桥墩受力性能的差异,并对影响其滞回性能的主要因素进行参数分析。研究发现：采用不锈钢与普通钢的圆端形钢管混凝土桥墩承载力相当,但由于不锈钢存在较为显著的应变强化现象,前者的荷载-位移曲线下降更为平缓,圆端形不锈钢管在加载后期仍能对核心混凝土提供较好的约束作用;随截面长宽比增加,圆端形不锈钢管混凝土桥墩的水平承载力明显增加,但位移延性明显下降;随含钢率增加,桥墩的抗侧刚度、水平承载力、位移延性均明显增加;随轴压比增加,桥墩水平承载力略有降低,而位移延性明显下降;而核心混凝土强度对桥墩的滞回性能影响有限。     

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。     

内侧钢筋不连接的预制空心桥墩设计

采用空心的预制桥墩能够减轻预制结构重量。以某示范工程为例,提出不制作实体连接段、且内侧钢筋不连接的预制空心桥墩方案。制作7组试验模型,开展试验分析。结果表明,空心墩柱破坏承载能力和开裂弯矩与现浇实心墩较为接近,并且现有规范公式可用于墩柱的设计。以试验结果为依据,提出设计思路,开展示范工程预制空心桥墩方案设计。     

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。     

钻孔灌注桩桥梁工程的质量控制

结合实际工作经验,在对施工现场进行勘察的基础上,介绍了桥梁桩基的布置情况,归纳总结了钻孔灌注桩,盖梁、桥墩、墩柱的施工质量控制要点,并对桥板安装、桥面铺装和安装伸缩缝时应注意的事项进行了阐述,为今后类似工程提供了借鉴。     

基底摇摆隔震桥墩振动台试验与数值模拟研究

为了研究不同构造形式的基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用下的响应规律和抗震性能，提出了设置高阻尼橡胶垫块和线性弹簧的两种基底摇摆隔震桥墩模型。通过振动台试验和数值模拟，对两种摇摆隔震桥墩的地震响应规律和抗震性能进行了对比研究。结果表明：两种基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用后，桥墩均没有出现严重的破坏，其破坏特征主要表现为限位钢板的弯曲变形和提离约束部件的移位，桥墩呈现出良好的抗震性能；两种基底摇摆隔震桥墩相对于传统桥墩能够显著降低墩顶加速度和墩底应变响应，但墩顶水平位移响应也会相应增加，在摇摆隔震桥墩的设计上，应将墩顶水平位移作为主要设计参数；提出了两种基底摇摆隔震桥墩改进的Winkler两弹簧数值计算模型，通过与振动台试验结果对比，证明了该模型能够较好地模拟两种基底摇摆隔震桥墩的摇摆行为及其地震响应规律。     

考虑橡胶支座随机性下隔震与非隔震近海桥梁地震易损性对比

针对目前在隔震桥梁地震易损性分析中隔震支座性能参数随机性研究薄弱、从失效概率的角度开展隔震与非隔震桥梁对比研究缺乏的现状,详细统计分析了橡胶隔震支座力学性能参数的不确定性,建立了近海隔震与非隔震桥梁非线性动力分析模型。在考虑支座参数、地震动及桥梁结构不确定性的基础上,利用拉丁超立方抽样分别生成90个结构-地震动样本对。利用Sap2000有限元软件对每个样本对进行非线性动力时程分析,通过对大量数据的回归分析,得到桥墩、支座的易损性曲线,进而对隔震前后结构的地震易损性进行了对比分析。结果表明：在同一破坏等级相同地震作用下,非隔震桥墩的失效概率大于隔震桥墩,非隔震支座破坏的概率大于隔震橡胶支座|采用隔震技术后,桥墩发生严重破坏和倒塌的概率极低,震后可修复的概率很大|而非隔震桥墩发生严重破坏的概率最大,说明其震后可修复的概率很小而产生不可修复损伤的可能性极大。     

螺纹钢法兰连接预制装配桥墩抗震性能研究

为研究在水平荷载作用下螺纹钢法兰连接预制装配桥墩的抗震性能,设计制作一个整体现浇桥墩、两个分别采用承插式和非承插式方案的螺纹钢法兰连接预制桥墩.通过开展拟静力加载试验,对比研究螺纹钢法兰连接预制装配桥墩与整体现浇桥墩的破坏模式、荷载-位移曲线特征.基于试验,建立三个桥墩的有限元数值模型与试验进行对比,两者结果吻合较好....     

考虑地基柔性和侧向力分布模式的桥墩推倒分析

考虑地基柔性的影响,使用SAP2000有限元程序分别建立了墩底固结和墩底六弹簧约束的桥墩模型,采用均匀加速度、第一阶振型和前三阶振型组合等3种水平侧向力加载模式分别对模型进行了推倒分析,并对比分析了不同墩高对计算结果的影响。通过对模型动力特性和推倒分析结果的对比分析表明,地基柔性不但延长了桥墩的自振周期,还对其振型和推倒曲线有着重要影响;对梁式桥梁结构进行推倒分析时不宜采用一阶模态向量分布加载模式;对于墩高较低、由第一阶振型控制的桥墩可采用均匀加速度和按一阶振型计算出的水平地震力分布模式进行推倒分析,墩高较高时,采用振型组合的加载模式更为合理。     

九桩厚承台室内外试验分析与设计探讨

为研究大型桥梁工程中常见的厚桩基承台受力机理,首次对1个九桩双薄壁墩厚承台模型进行室内破坏性加载试验,对承台的受力全过程进行了研究,并对某大型桥梁九桩双薄壁墩承台进行了施工全过程的现场实测。室内外试验结果均表明,厚承台的受力与传统的受弯构件不同,线荷载作用下承台的受力机理符合以带有主要单向性压应力的混凝土区域为压杆,主受力钢筋为拉杆的空间桁架模型。通过荷载等效,将作用在承台上线荷载等效为集中荷载,建立了统一的空间桁架模型,进而可采用有关规范给出的设计方法设计。     

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。     

窗间墙锚固配筋砖混结构教学楼抗震性能试验研究

为改善砖混结构教学楼的抗震性能,通过对其纵向窗间墙局部配筋并在墙体两端采用竖向钢筋进行锚固配筋,按照1/2的缩尺比例设计了2个砖混子结构模型。采用拟静力试验分别对普通窗间墙和配筋窗间墙的子结构模型的破坏模式、承载能力、变形能力、刚度退化、延性、耗能性能以及窗间墙的破坏模式和纵墙的破坏机制等进行了分析。结果表明：普通窗间墙模型表现为层间破坏机制,窗间墙发生剪切破坏,纵墙发生“强梁弱柱”式破坏;窗间墙局部配筋并进行锚固的模型发生整体型破坏,窗间墙弯曲破坏,纵墙的破坏机制具有“强柱弱梁”特征,层间变形均匀,模型的破坏形态、耗能能力和延性等均得到改善。     

The response of a 344 m long bridge to non-uniform earthquake ground motions

This paper investigates the influence of wave velocity and the dispersion of waves associated with variations in seismic ground motions, on the inelastic responses of four 344 m long bridges. The bridges were 9 span continuous prestressed concrete box girders supported on sliding bearings, which eventually permitted movement in the longitudinal direction of the bridges, with shear keys that prevented transverse movement. The sub-structure consisted of reinforced concrete circular piers with cross-heads and rigid beams at the abutments. Earthquake motions were applied in the transverse direction for two bridges and for two others, with two expansion joints, the motions were applied longitudinally. The analyses of the latter were carried out to examine expansion gap movements and all analyses were carried out to produce time-history responses of pier drift, pier shear forces and pier curvature demands. The reinforcement in the piers was modelled so that either one base hinge can form or one base hinge with a hinge at the top of the pier. Pier heights varied between 5 m and 11 m or, for one bridge, were of constant height of 11 m. The non-uniform earthquake inputs at supports were generated by using the conditional simulation method with a natural earthquake record specified at one abutment. The response to wave velocities from 100 to 2000 m/s and infinity were studied both without dispersion and with various degrees of dispersion. The El Centro 1940 N–S and Sylmar Northridge 1994 N–S were used as the transverse earthquakes and the E–W components were used longitudinally. The results of these analyses show that non-uniform earthquake ground motions significantly influence the response of long bridges both with and without expansion joints. The responses change significantly with travelling wave velocity and the degree of dispersion and these can be more critical than for uniform inputs. Significant dispersion can generate rotational inertia of the deck and, with the torsional stiffness of the deck, can lead to the formation of top and bottom pier hinges and significantly larger shear forces compared to the normal cantilever design of these types of bridge piers.     

车—桥碰撞的数值模拟研究

利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了汽车—桥墩碰撞的有限元模型,通过对汽车—桥墩的碰撞过程进行数值模拟分析,得到了碰撞过程中的碰撞力、碰撞能量和桥墩墩顶位移,分析了桥墩受撞破坏的机理,对车—桥碰撞研究具有十分重要的意义。     

考虑冲刷深度变化的桩基小型振动台试验研究

岷江3号桥遭遇2008年“5.12”8级强烈地震,又面临令人震撼的严重冲刷。为了弄清楚该桥实际工况,按照实际桥梁墩桩的1:20模型,采用小型振动台试验的方法,分析在不同冲刷深度、不同地震波作用下桥梁墩桩的抗震性能。试验结果表明:模型桩基冲刷深度在15 cm(相当于桩长1/8)左右时,桩顶弯矩、轴力达到最大值;随着冲刷深度的加大桩身弯矩也随之增大,桩身最大弯矩位置(即最不利位置)随之下移,墩顶弯矩不变而墩底弯矩逐渐减小。岷江3号桥存在继续加剧冲刷的趋势,桩基承载力将继续下降,抗震性能将逐渐降低,需要进行墩桩加固。研究可为强震区受严重冲刷桥梁的抗震设计与加固提供参考依据,对类似工程有较强的借鉴意义。     

Reliability analysis of girder bridge piers subjected to barge collisions

Abstract

This paper aims to probabilistically assess the multiple failure modes of the piers of St. George Island Bridge subjected to barge collisions using the correlation analyses of failure limit states at various section zones. Structural capacities and demands for internal shear forces and flexural moments are calculated using the finite element modelling software, LS-DYNA, and the reliability assessments are performed using Monte Carlo simulations against flexural and shear failures. From the results of reliability analysis, the base and impact zones for the isolated cases, and the top zone of impacted piers in the multiple-pier systems are recognized as the critical zones for localized failures of the piers. In addition, from the statistical correlation analysis, it is found that a shear failure mode is predominant on the relatively stiffer pier, a flexural failure mode on the more flexible pier in the isolated cases, and a combined shear-flexural failure mode on the response of the piers in multiple-pier systems. Moreover, from a series of sensitivity analyses of reliability indices to both shear and flexural failures by varying impact loading parameters, it is found that the shear failure is more sensitive to the impact variables rather than flexural failure.     

预制拼装桥墩地震易损性分析

为研究灌浆波纹管连接和带榫头的灌浆波纹管连接两种预制拼装桥墩的抗震性能并对其在地震作用下的易损性进行评估,根据预制拼装桥墩墩底接缝的特点,通过拟静力试验研究,以墩顶漂移率为损伤指标,对其不同的损伤破坏状态进行描述,并确定了对应不同破坏等级的损伤量化指标限值Dcr、Dcy、Dcm和Dcu。采用有限元软件对现浇及预制拼装桥墩进行不同地震作用下的时程分析并建立概率地震需求模型,对其易损性进行评估,并通过改变轴压比、纵筋配筋率,来进一步研究这些参数对预制拼装桥墩易损性的影响。结果表明：虽然预制拼装桥墩与现浇桥墩大部分的破坏形式都为弯曲破坏,但是损伤状态因为接缝而存在差异;采用波纹管连接的预制拼装桥墩与现浇桥墩的地震易损性差别不大,抗震性能基本一致;有榫头构造的预制拼装桥墩在各级地震作用下发生四种损伤破坏的概率最低,这种构造形式的抗震性能优于平面接缝的预制拼装桥墩;轴压比、纵筋配筋率这两种参数对桥墩的易损性影响较大,随着轴压比的增大或配筋率的减小,桥墩的损伤概率增大。     

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.     

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。