河床防护层对桥梁群桩基础承载性能影响的监测分析

基于苏通大桥北主墩运营期的实测数据,对桩身轴力进行分析,进而评价河床防护层对群桩基础承载性能的影响。通过监测数据发现,桩身穿过河床防护层后的轴力及变化幅度均发生大幅衰减,这表明苏通大桥所采用的河床防护层对于提高群桩基础的承载性能和整体稳定性,控制沉降,改善传力机理等方面具有十分重要的意义。     

圆柱桥墩局部冲刷安全防护方法研究

针对当前桥梁服役环境复杂、受冲刷影响大和防护成本高等问题,基于 Ｆｌｏｗ－３Ｄ 软件的水动 力学分析对圆柱形桥墩局部冲刷安全防护方法进行数值模拟研究。参考 Ｍｅｌｖｉｌｌｅ经典水槽实验, 利用标准ｋ—ε湍流模型和大涡湍流模型求解圆柱形桥墩墩周水流流态与河床局部冲刷形态变化, 并进一步运用大涡湍流模型,考虑牺牲桩桩径、桩心距以及牺牲桩与护圈共同作用对桥梁最大冲刷 深度的影响,建立了结合局部冲刷安全防护的圆柱形桥墩冲刷数值模型。实验结果表明：在给定的 网格划分条件下,大涡湍流模型相较标准ｋ—ε湍流模型计算精度高;牺牲桩的桩径以及桩心距都 会影响桥梁最大冲刷深度,在所选取的工况条件下,牺牲桩桩径为０．２５Ｄ,桩心距为 Ｄ 时冲刷深度 最小;牺牲桩在与护圈共同作用时能够进一步减少桥梁最大冲刷深度。     

冲刷作用下桥墩结构体系的屈曲荷载计算

为分析冲刷对桥墩结构体系承载力的影响,在土-桩-桥墩结构相互作用的基础上提出桥墩-群桩的等效结构体系,考虑了滑动橡胶支座和承台作用,推导桥墩结构体系的屈曲荷载计算公式.以苏通大桥的辅助桥墩为例,分析了冲刷深度、桩墩刚度比、桥墩高度、承台重量和滑动橡胶支座对屈曲荷载的影响.结果表明,当冲刷深度从0m增加到90m时,屈曲荷载降低了69.3%.桩墩刚度比、桥墩长度和橡胶支座等对群桩-桥墩结构体系的稳定有较重要的影响,承台重量对结构体系的静力稳定影响较小.在实际工程中,可优化桥墩和群桩的刚度比、长度比,使得结构体系拥有合理的刚度分布,从而在冲刷作用下可在一定程度上减缓桥墩-群桩结构体系的屈曲性能的降低.在桥墩结构体系的屈曲荷载计算中,应考虑滑动橡胶支座刚度的影响.     

群桩基础对自复位高墩地震反应的影响

为探讨群桩基础对自复位高墩地震反应的影响,本文给出了群桩基础的有限元模拟方法。基于Open Sees平台建立了考虑群桩基础的自复位高墩有限元模型,输入3条强震记录,进行了考虑群桩基础的自复位高墩地震反应分析,并与不考虑群桩基础的自复位高墩地震反应进行了比较。结果表明:群桩基础改变了自复位桥墩的提离位移、桥墩刚体转动及桥墩弹性变形引起的墩顶水平位移反应量值,群桩基础对自复位高墩的墩顶水平位移反应量值有影响。群桩基础对自复位高墩的墩底弯矩反应量值有影响,总体上看,考虑群桩基础会减小墩底弯矩。忽略群桩基础的影响时,对设计来说偏于安全。     

桩墩配筋率比对桥梁结构塑性区长度的影响

采用弹塑性纤维单元模型对某连续梁桥桥墩及桩基进行了考虑桩一土动力相互作用的非线性地震反应分析,分析了不同类型地震波作用下桥墩及桩基的动力响应,重点研究了不同桩墩配筋率比对结构塑性区开展程度及动力响应的影响。结果表明：随着桩墩配筋率比的改变,桥墩和桩基的反应塑性率呈现出不同的变化趋势,桩墩配筋率比的大小对桥梁结构的塑性区开展有显著影响;桥墩的配筋率大小不仅对桥墩塑性区开展有显著影响,而且对桩基的影响较大;不同类型的地震波对群桩基础桥墩结构的动力响应影响不同,长周期地震波对结构的影响最大,内陆直下型地震波次之,板块边界型地震波最小。     

冲刷作用下桥墩结构体系的有限元计算

在泥沙冲刷和动水压力的耦合作用下,采用ANSYS有限元软件构建了桥墩-承台-桩-土的三维有限元模型,在不同冲刷深度情况下对桥墩结构体系进行了受力分析,计算了桥墩结构体系的屈曲荷载、墩顶的水平位移和竖向位移以及在桩侧和桩端的土抗力及桩身变形。结果表明,当冲刷深度从0 m增加到15 m时,桥墩结构体系的屈曲荷载由7.65×10⁵ kN减小到0.89×10⁵ kN,仅为未冲刷时屈曲荷载的11.63%。当冲刷深度从0 m增加到14 m时,桥墩顶部水平位移由3.15 mm增加到57.99 mm,桥墩顶部竖向位移由26.99 mm增加到28.73 mm,桩侧土平均摩阻力由35.33 kPa减小到26.29 kPa,桩端土竖向抗力由11 008.44 kPa增加到12 152.89 kPa,桩侧土水平抗力最大值由23.47 kN增加到248.94 kN,桩身最大水平位移由2.31 mm增加到52.36 mm。随着冲刷深度的增加,桥墩结构体系变形大幅度增加,竖向承载力降低幅度十分显著,桥墩结构体系很容易发生失稳。     

分流型防护桩在扎拖特大桥中的应用研究

新建扎拖特大桥跨越鲜水河,桥位右岸上方陡峻山崖卸荷裂隙发育,斜坡上分布有一定厚度的碎石土,对桥梁结构及线路安全构成一定的安全隐患。在施工开挖扰动及蓄水后动水位作用下,斜坡覆盖层可能会产生蠕滑变形或局部坍滑,继而影响桥梁主墩安全。鉴于此,须设置永久性支挡防护结构以确保水位波动条件下桥墩的整体稳定,确保桥梁结构及线路运营安全。通过建立不同桩长、不同冠梁角度及与承台不同间距的分流型防护桩数值仿真模型,对承台及桩基稳定性及内力进行分析,计算结果表明:分流防护桩可以将滑坡阻挡并使之沿防护桩绕流,且三角形的稳定性使防护桩的受力性能得到充分发挥,有效降低潜在滑体对承台及桥墩的推力;分流型防护桩最优角度约为60°,最优桩长约为35m,分流型防护桩与承台桩基的最优间距约为20m,研究成果为该工程的优化设计提供了科学依据。     

武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩群桩承载特性分析

根据武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩44根超长哑铃型群桩基础工程,利用弹塑性有限元,对群桩沉降、桩身应力分布进行了数值计算,并分析了土体弹性模量、粘聚力以及内摩擦角等参数对群桩承载特性的影响.研究结果表明:该群桩基础的沉降量中间较两侧大,竖向应力沿桩身由上向下递减;桩基承载力随土体弹性模量、粘聚力和内摩擦角的增加而变大.     

细沙多河流桥墩附近冲刷及其模拟

本文根据细沙多河流的原型河床边界条件,通过物理概化模型试验,较系统地研究了细沙河床桥墩附近水位变化、冲刷过程及冲刷坑形态等问题后,发现当局部冲刷停止时,床沙中径相应变粗1.5——2.5倍,而且实验曲线进一步反映了桥墩冲深随行进流速增加而加大的变化趋势。此外文中还对多沙细沙河流工程附近的局部河床冲刷的试验模拟充法进行了深入探讨,并对有关计算公式进行了检验与分析。     

超长大直径钻孔灌注桩群桩效应系数研究

针对超长大直径钻孔灌注群桩效应系数,研究了5种计算公式或方法,其中基于应力叠加的群桩效应系数计算公式,考虑了桩长、桩径、土层的内摩擦角以及地基土应力叠加等影响因素,适合计算超长大直径钻孔灌注群桩效应系数。然后,基于苏通长江公路大桥主5号墩超长大直径钻孔灌注群桩基础桩长、桩径和地基土层条件,分别计算了2×2群桩与3×3群桩的群桩效应系数值,并与相应类型群桩离心模型试验的群桩效应系数值进行比较。研究结果表明,计算值仅低于试验值7.2%~12.7%,说明该群桩效应系数计算公式具有一定的合理性,可为超长大直径钻孔灌注群桩设计提供参考。     

基于SFM方法的不同倾角桥墩绕流局部冲刷特性试验

桥墩绕流冲刷是水流、泥沙和桥墩三者相互作用的结果,桥墩周围复杂的水沙运动关系是造成桥梁水毁的重要原因。定量分析桥墩冲刷地形特征规律及其与水流之间的相互作用关系,是深入研究桥墩绕流水沙作用机理及实际工程应用的重要突破口。本文开展两种坡降条件下不同倾角均匀沙动床桥墩绕流冲刷试验,并沿下游方向设置四个模型倾角0°、5°、10°、15°。使用粒子图像测速系统（Particle Image Velocimetry,PIV）测量桥墩绕流二维流场,并基于运动摄像恢复结构技术（Structure From Motion,SFM）实现冲刷地形三维重构,在此基础上分析床面冲刷三维地形结构和绕流流场特征,以构建紊流结构与冲刷地形相互耦合作用关系。结果表明：（1）SFM方法可实现冲刷地形三维结构重构,冲刷试验平衡时,模型前方和两侧冲刷坑较深,后方冲刷坑出现凸起,沿水流方向倾斜顺延上升至床面。（2）冲刷坑尺寸、面积和体积均随水流强度增大而增大,随倾角增大而减小。不同截面处冲刷坑面积、体积随坑深呈开口向上抛物线趋势增大。（3）桥墩模型对后方流向流速扰动范围随倾角增大而减小,对展向流速影响范围随倾角增大而增大。（4）随模型倾角增加,旋转强度与剪切应力影响范围均减小。剪切应力下切较易形成桥墩周围较深冲刷坑,而位于桥墩两侧大尺度流向涡向下游延伸,将促使桥墩后侧方浅长凹槽形成。     

桩基冲刷对近海大跨斜拉桥地震响应的影响分析

为研究桩基冲刷对近海大跨斜拉桥地震响应的影响,本文以实际工程为背景,建立全桥三维模型,根据现有经典理论计算背景工程的最大冲刷深度,将土对桩基的作用等效为土弹簧,采用“m”法计算冲刷线以下的桩-土相互作用刚度,从而得到不同冲刷深度下的全桥分析模型。通过对结构进行动力特性分析及地震响应时程分析,对比研究了不同桩基冲刷深度对大跨斜拉桥抗震性能的影响。研究表明:冲刷使得桥梁结构整体变柔,自振周期变长;冲刷深度越大,桩基在地震作用下的位移响应也越大;冲刷深度对桩基剪力的影响与桩长有关,桩基越长,剪力变化趋势越复杂;IDA分析显示,冲刷对桥梁的不利影响随地震动强度的增大而增大;结果表明桩基的局部冲刷会进一步加剧桥梁在地震作用下的危险性,冲刷问题在抗震设计中应予重视。     

桥梁水动力学2020年度研究进展

为了解桥梁水动力学研究发展动态,在总结其研究内容、方法和成果的基础上,更好开展后续研究,从波流作用、基础局部冲刷、流固耦合、极端海洋环境多灾害作用等着手,对2020年度发表的相关文献进行分类、总结和评述。综述发现,桥梁水动力学的研究热点主要集中在极端波浪、水流作用及波流共同作用模型、桥墩局部冲刷影响因素及深度预测、地震作用下深水桥梁流固耦合、极端海洋环境多灾害作用等方面。通过梳理现有研究不足,提出亟待开展的研究方向,包括波流极端环境下的结构流固耦合、桥墩冲刷监测和防护、智能信息化的桥梁水动力灾害预见性及多灾害研究。     

桥台最大清水冲刷深度的探讨

桥台冲刷问题没有明确的分类,且最大清水冲刷深度的计算公式虽多但难以选用．基于桥台的冲刷机理,分别按来流情况和桥位河道断面形状对桥台问题进行了归类．根据实测数据,对各种类型的最大冲刷深度计算公式作了比较分析,并进行了评价．最后认为：Dongol公式作为桥台最大清水冲刷深度的计算式较为理想．     

CFD prediction of local scour hole around bridge piers

In order to predict the local scour hole and its evaluation around a cylindrical bridge pier, the computational fluid dynamics (CFD) and theories of sediment movement and transport were employed to carry out numerical simulations. In the numerical method, the time-averaged Reynolds Navier-Stokes equations and the standard k-ɛ model were first used to simulate the three-dimensional flow field around a bridge pier fixed on river bed. The transient shear stress on river bed was treated as a crucial hydrodynamic mechanism when handling sediment incipience and transport. Then, river-bed volumetric sediment transport was calculated, followed by the modification of the river bed altitude and configuration. Boundary adaptive mesh technique was employed to modify the grid system with changed river-bed boundary. The evolution of local scour around a cylindrical bridge pier was presented. The numerical results represent the flow pattern and mechanism during the pier scouring, with a good prediction of the maximum scour hole depth compared with test results.     

乌龙江大桥新建复线桥深水基础施工平台设计研究

乌龙江大桥(新建复线桥)墩基础为深水基础,共设24根覆盖层内直径为2.8m、基岩内直径为2.5m的钻孔灌注桩,基础位置的最大水深超过40 m.通过方案比选采用钢管桩平台方案,并针对初步方案的缺点进行优化设计,提高平台的稳定性和刚度.以主桥4#墩基础的施工平台为例,采用Midas Civil有限元软件对平台形成过程中钢管桩的打设、平台使用阶段2种工况进行了强度与稳定性及位移分析.结果表明:钻孔施工平台整体结构稳定,各杆件应力均小于容许应力,平台应力和变形均满足施工要求.     

海防路海河大桥桥塔墩桩基抗震设计

重点介绍了海河大桥桥塔墩桩基方案、抗震计算模式、设计计算方法及基础强度验算标准。一般讲，塑性铰区域的出现和正常使用是延性的基础，为保证它的可视性和可修复性，它既不能出现在桥梁的上部结构，又不能出现在基础结构的土层以下部分，而是出现在桥塔墩上，因此桥塔基础应具有与桥塔墩身一样甚至更高的水平承载力及变形能力。文中即采用桩基础的解析模型求出桩基础的水平力一水平位移曲线，再与桥塔墩的水平力--水平位移曲线进行对比的方法，确定出基础强度验算标准，进行设计计算。最后介绍在特大桥中首次采用的延性抗震设计，其特点主要体现在体积含箍率的大幅提高。     

近接桥桩暗挖隧道支护结构内力监测分析

针对北京地铁某车站暗挖隧道工程,制定了支护结构内力、围岩接触压力监测方案.通过现场监测,分析了施工过程中,在既有桥桩影响下,支护结构内力、围岩接触压力的变化特征,及时掌握了隧道变形、支撑内力的变化动态,并及时反馈,为判断隧道安全稳定提供了参考数据.测试结果表明,浅埋暗挖隧道支护结构的仰拱部位压力大;近接桥桩对隧道的变形产生了抑制作用,造成隧道断面变形的不对称性,围岩压力增大;桥桩的存在与否,造成隧道支护结构内力分布情况的不同.     

Equilibrium scour depth at offshore monopile foundation in combined waves and current

Unlike the pier scour in bridge waterways,the local scour at offshore monopile foundations should take into account the effect of wave-current combination.Under the condition of wave-current coexistence,the water-soil interfacial scouring is usually coupled with the pore-pressure dynamics inside of the seabed.The aforementioned wave/current-pile-soil coupling process was physically modeled with a specially designed flow-structure-soil interaction flume.Experimental results indicate that superimposing a current onto the waves obviously changes the pore-pressure and the flow velocity at the bed around the pile.The concomitance of horseshoe vortex and local scour hole around a monopile proves that the horseshoe vortex is one of the main controlling mechanisms for scouring development under the combined waves and current.Based on similarity analyses,an average-velocity based Froude number(Fra)is proposed to correlate with the equilibrium scour depth(S/D)at offshore monopile foundation in the combined waves and current.An empirical expression for the correlation between S/D and Fra is given for predicting equilibrium scour depth,which may provide a guide for offshore engineering practice.