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。     

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。     

考虑台后不平衡土压力下整体桥H型钢桩基-土相互作用内力计算方法

在台后填土作用下整体式桥台-H型钢桩-土相互作用和大不平衡土压力下(台后土表面均布荷载增大了3.81 kPa)整体式桥台-H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究的基础上,提出了考虑台后不平衡土压力下整体桥桩基-土相互作用的内力计算方法,计算了整体桥台底弯矩和剪力以及桩身弯矩和剪力,并与现有的台后土压力理论和桥梁规范的计算值进行比较。结果表明:正向加载时,采用现有的台后土压力理论和桥梁规范计算得到的台底弯矩和剪力以及桩身弯矩和剪力均与试验结果存在较大偏差; 采用黄-林法可较准确地计算AHP模型的台底弯矩和剪力以及桩身弯矩和剪力; 对于LAHP模型,试验值均与各理论计算值相差较大; 正向加载时,随着位移荷载的增加,AHP和LAHP模型的台底和桩身弯矩均逐渐增大; 台后堆载(大不平衡土压力)对整体桥台底剪力和弯矩以及桩身的剪力和弯矩产生较大的影响,LAHP模型的台底和桩身弯矩整体上均大于AHP模型的,而LAHP模型的台底剪力小于AHP模型的,桩身剪力大于AHP模型的。     

水平荷载下灌注桩变形分布式检测及承载机制研究

为能够有效准确地探索水平荷载作用下桩土相互作用机制,通过在桩身预埋传感光纤,研究水平荷载作用下灌注桩变形状况,推导适用于BOTDR技术的桩身挠度和弯矩计算公式,采用通用有限元程序ANSYS分析内蒙古某灌注桩在水平荷载作用下桩土相互作用。结果表明:水平荷载作用下灌注桩的变形主要分布在地面下桩深6 m范围,随着水平荷载的增大,桩身弯矩呈非线性增大,最大弯矩点也逐渐向深部转移;桩土接触压力随荷载的增加其弯曲曲线由非线性减小变为先增大后减小,其最大拐点与桩身最大弯矩位置相吻合;通过桩身挠度计算值与现场实测值和数值模拟计算值进行对比表明,数值模拟值由于受桩身刚度影响而其挠度偏大,而理论计算值与现场实测值基本吻合,说明基于BOTDR的桩身变形计算公式是符合实际的,其结果是可信的。     

不平衡土压力对整体式桥台-H型钢桩-土体系力学性能影响试验

为研究不平衡土压力对整体式桥台-H型钢桩-土体系力学性能的影响,在已开展的不平衡土压力下整体式桥台-H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究基础上,进一步开展了更大不平衡土压力(台后土表面均布荷载增大了3.81 kPa)下整体式桥台-H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究,对比分析了更大不平衡土压力对桩身水平变形、桩侧土压力、应变和弯矩等方面的影响。结果表明:在试验条件下,更大不平衡土压力对桩身水平变形、土抗力、应变和弯矩的分布规律无影响; 正向加载时,更大不平衡土压力使得桩身累积变形的位置更深,桩侧最大土抗力和桩身弯矩增大; 负向加载时,更大不平衡土压力也使得桩身累积变形的位置更深和弯矩增大; 正向加载时,更大不平衡土压力使得累积变形减小,负向加载时则相反; 正向加载时LAHP模型的桩侧土抗力、应变和弯矩显著大于负向加载时的,正向加载时的最大桩侧土抗力和弯矩分别为负向加载时的2.2倍和2.1倍。     

基于振动台试验的扩孔微型桩受力和变形性能研究

为了研究扩孔微型桩在地震作用下的受力和变形性能,在有无扩孔、不同扩孔深度、不同扩孔孔径、不同扩孔材料4种参数下对微型桩进行了振动台试验研究,计算得到了扩孔微型桩桩身弯矩和侧向位移,并分析得到了不同扩孔参数下微型桩的桩身弯矩与侧向峰值位移对应的埋深位置及桩身弯矩与位移的分布规律。结果表明:扩孔微型桩桩身峰值位移最大值出现在土体表面位置,并随桩深不断减小,扩孔后微型桩桩身峰值弯矩和峰值位移增大;随着扩孔深度的增加,桩身峰值位移和桩身峰值弯矩也增大,并且桩身峰值弯矩最大值点有向下移动的趋势;所得结论可为地震作用下扩孔微型桩受力和变形性能研究奠定基础,同时为新型半整体式桥台桥梁中扩孔微型桩的设计和应用提供参考。     

基坑支护倾斜悬臂桩受力变形特性试验研究

为改善基坑工程中支护桩的受力特性,将传统的直立悬臂桩背向基坑倾斜一定角度,形成基坑支护倾斜悬臂桩,可以更好地承担水平荷载,减小水平位移和变形。通过模型试验的方法对基坑开挖过程中倾斜悬臂桩的桩顶水平位移、桩后土体沉降和桩身弯矩进行研究。试验共进行3种不同工况下的模拟,分析倾斜悬臂桩在不同倾角不同布桩方式下的受力特性。分析结果显示,同等条件下,倾斜悬臂桩较传统直立桩相比,可以有效减小桩底水平位移和桩后土体沉降;桩身弯矩会因基坑开挖深度的增大而增加,桩身的正弯矩峰值接近负弯矩峰值,斜桩的最大弯矩值显著小于直桩支护形式下的弯矩峰值。     

台后填土对桥台桩基的影响分析

通过软土地区桥台桩基的现场试验研究,获得了软土地基台后路基填土过程之中和之后的第一手资料。揭示了软土地区桥台路基填土时,桥台基桩弯矩和负摩阻力的变化规律。试验结果表明:台后填土对桥台桩基的影响不仅发生在填筑施工期间,而且在施工完毕后相当长一段时间内仍有一定的影响。随着填土高度的增加,桩侧摩阻力沿深度呈非线性变化,桩身弯矩呈现增大趋势。     

水平振动荷载作用下支盘桩模型试验研究

基于自行设计的桩-土动力相互作用模型试验装置,对2根承力盘位置不同的模型支盘桩施加强烈水平振动荷载,采用数字式变频仪控制荷载频率,通过不同弹簧的刚度系数实现不同大小的荷载级别,分析不同激振频率和激振荷载作用下桩身弯矩变化趋势及桩侧土压力变化状况。试验表明:随着激振频率的增大,支盘桩的动力响应在整体上有减小的趋势且水平动承载力有所提高;随着激振荷载的增大,支盘桩的动力响应随深度增加逐渐减小,反弯点位置逐渐下移,桩身的最大动弯矩发生在距桩顶1/3左右深度处。承力盘的设置改变了桩身的变形和受力状态,能够提高桩身平衡弯矩的能力,是对桩基的结构优化设计,且承力盘设置在桩身靠上有利于水平动承载力的提高。     

无伸缩缝桥梁动力特性与抗震性能研究

以福建某简支梁桥为研究背景(该桥在实际工程中已被改造为半刚性整体桥),采用MIDAS/Civil软件将原简支梁桥改造为整体桥、半整体桥与延伸桥面板桥,分别建立了5座桥的全桥有限元模型,分析了它们在地震荷载下的受力差异。结果表明:简支梁桥在地震荷载作用下易引起主梁在桥台处的落梁现象,而无缝桥可有效防止该现象的发生,其中的整体桥表现出更优的抗震性能,更适用于强震区; 在地震荷载作用下,无缝桥与简支梁桥的桩基有效作用长度均在0～10D(D为桩径)埋深范围; 整体桥桩基在大震作用下的受力性能较好,可更好地保护桩基不被破坏; 延伸桥面板桥与传统简支梁桥台底桩身受力相近,其设计可参考现行有缝桥设计规范; 无缝桥与传统简支梁桥的墩底弯矩均最大,在该处易形成塑性铰; 纵桥向地震荷载作用下,简支梁桥与延伸桥面板桥的主梁受力最不利位置分别出现在跨中与墩顶处,而整体桥、半刚性整体桥与半整体桥出现在台顶处,其受力不利部位在设计中应引起重视; 该研究结果可为无缝桥的设计计算与相关规范的制定提供参考。     

基坑开挖卸荷引起的公路桥梁桩基变形受力响应

采用两阶段分析法分析基坑开挖卸荷作用下公路桥梁的受力变形规律,首先基于明德林解析解,利用复合辛普森公式进行数值积分求解得出基坑侧壁卸荷与坑底卸荷同时作用下土体内桩体位置处的水平附加应力; 其次采用Kerr三参数地基模型建立公路桥梁桩基的挠曲微分方程,结合水平附加应力,利用有限差分数值计算方法得到桩基挠曲微分方程的数学解析矩阵表达式。利用所得计算公式对公路桥梁桩基附近有基坑开挖的工况进行计算,并通过与数值模拟计算结果的对比验证所提计算方法的有效性; 最后针对桩基轴向荷载大小、基坑与桩基距离及基坑三维尺寸进行了影响因素分析。结果表明:桩基轴向荷载的变化对桩基水平位移及桩身弯矩影响不明显; 随着桩基与基坑距离的加大,桩基水平位移及最大弯矩逐渐减小,并且在较大距离范围内桩基水平位移及弯矩变化愈发平缓; 开挖深度对桩基水平位移及弯矩的影响远大于开挖长度和开挖宽度,基坑开挖宽度对桩基的影响最小。     

Field validation of UHPC layer in negative moment region of steel-concrete composite continuous girder bridge

Improving the cracking resistance of steel-normal concrete (NC) composite beams in the negative moment region is one of the main tasks in designing continuous composite beam (CCB) bridges due to the low tensile strength of the NC deck at pier supports. This study proposed an innovative structural configuration for the negative bending moment region in a steel-concrete CCB bridge with the aid of ultrahigh performance concrete (UHPC) layer. In order to investigate the feasibility and effectiveness of this new UHPC jointed structure in the negative bending moment region, field load testing was conducted on a newly built full-scale bridge. The newly designed structural configuration was described in detail regarding the structural characteristics (cracking resistance, economy, durability, and constructability). In the field investigation, strains on the surface of the concrete bridge deck, rebar, and steel beam in the negative bending moment region, as well as mid-span deflection, were measured under different load cases. Also, a finite element model for the four-span superstructure of the full-scale bridge was established and validated by the field test results. The simulated results in terms of strains and mid-span deflection showed moderate consistency with the test results. This field test and the finite element model results demonstrated that the new configuration with the UHPC layer provided an effective alternative for the negative bending moment region of the composite beam.     

考虑桩侧土体三维效应和地基剪切变形的隧道开挖对邻近桩基影响分析

目前就隧道开挖对桩基变形影响的解析理论研究一般基于Winkler地基模型,较少考虑地基的剪切变形和桩侧土体三维作用效应。基于Pasternak地基模型,首先推导了隧道开挖与邻近桩基相互作用的简化理论解,该解反映了地基剪切变形但未考虑桩侧土体三维作用效应。在此基础上,为反映桩侧土体三维作用效应,将其等效成集中力通过剪切层传递到桩基两侧,推导了体现三维作用效应的群桩反应表达式。将考虑与不考虑桩侧土体三维作用效应的结果进行对比,发现考虑桩侧土体三维作用效应的桩基水平位移和弯矩值更接近监测数据和离心试验数据。此外,还针对群桩影响因素进行了分析。结果表明：土体剪切变形对桩基影响不容忽视,剪切层模量越大,隧道开挖引起的桩身水平位移越小;桩径越大,桩身水平位移越小,桩身弯矩越大;桩基与隧道距离越小,桩基最大水平位移和弯矩值越大。     

Performance of steel bridge deck pavement structure with ultra high performance concrete based on resin bonding

This research investigated a pavement system on steel bridge decks that use epoxy resin (EP) bonded ultra-high performance concrete (UHPC). Through FEM analysis and static and dynamic bending fatigue tests of the composite structure, the influences of the interface of the pavement layer, reinforcement, and different paving materials on the structural performance were compared and analyzed. The results show that the resin bonded UHPC pavement structure can reduce the weld strain in the steel plate by about 32% and the relative deflection between ribs by about 52% under standard axial load conditions compared to traditional pavements. The EP bonding layer can nearly double the drawing strength of the pavement interface from 1.3 MPa, and improve the bending resistance of the UHPC structure on steel bridge decks by about 50%; the bending resistance of reinforced UHPC structures is twice that of unreinforced UHPC structure, and the dynamic deflection of the UHPC pavement structure increases exponentially with increasing fatigue load. The fatigue life is about 1.2 × 10⁷ cycles under a fixed force of 9 kN and a dynamic deflection of 0.35 mm, which meets the requirements for fatigue performance of pavements on steel bridge decks under traffic conditions of large flow and heavy load.     

水平荷载下基桩分布式变形检测模型试验研,

为克服传统测试技术获取水平荷载作用下基桩变形的不足,开展基于光频域反射(OFDR)技术的室内模型桩试验.将光纤对称粘贴于桩表面,检测水平荷载下基桩变形及应力分布,推导基于OFDR的桩身挠度和弯矩计算公式,采用有限元软件ABAQUS模拟桩变形和分析桩土作用.结果表明:基于光纤应变数据,可准确计算桩身沿深度的水平位移分布,...     

水上基坑开挖对自身围护结构及临近桥桩的#br# 影响规律与改进措施研究

邻近线路深厚淤泥水上基坑项目在我国沿海城市地区日益增多,为确保基坑自身稳定性以及周围建（构）筑物正常使用,急需对围护结构变形及临近桥桩受力特性进行系统研究。文章结合某拟建大桥项目,根据不同水位差和不同开挖间距确定13种模拟工况,系统研究不同工况下基坑开挖对围护结构和临近桥桩的影响规律,重点分析围护结构侧向变形、临近桥桩弯矩和侧向变形。研究表明：随着水位升高围护结构侧向变形逐渐增大,最大侧向变形量达到91.2mm;随着水位差的增加,临近桥桩桩体最大弯矩和侧向变形均逐渐增大,但弯矩增大幅度呈逐渐减小的趋势;此外,随着开挖间距的增大,桥桩桩体的最大弯矩和最大侧向变形均逐渐减小,桩体最大正弯矩出现位置在标高19.5m处。文章结合最危险工况,优化施工方法,对比分析加支撑、加刚度和加支撑及加刚度3种加固方案,提出优先考虑加支撑及加刚度措施来加固深厚淤泥水上基坑开挖施工,研究成果以期可为类似工程提供参考。     

某预应力混凝土梁吊装侧弯破坏分析

以某预应力混凝土I形梁在起吊时的侧弯破坏为例,采用理论分析和有限元法,研究了起吊时引起I形梁破坏的几个原因。首先根据梁的截面特性计算了I形梁的侧向抗弯刚度,采用MIDAS软件计算了预应力钢筋张拉后引起的梁体侧挠值,再通过试算法确定了I形梁开始出现开裂的临界倾斜角度,最后参照文献中的有关设计原理,计算了预应力混凝土I形梁的侧向抗弯承载力。计算分析结果表明,预应力筋张拉产生的侧向挠曲、侧向抗弯刚度和倾斜角度是I形梁侧弯破坏的三个主要因素,对主梁运输安装的安全性具有极大的影响。     

孝义跨太汾高速公路特大桥抗滑桩防护方案

以孝义跨太汾高速公路特大桥工程为例,以桩长及桩身最大弯矩计算、桩身配筋验算、挠度、变形计算三方面阐述了该工程的抗滑桩防护方案,为类似工程的施工积累了经验。