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。     

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。     

整体式桥台桥梁台后土压力的季节性变化研究

建立了整体式桥台与土共同作用的有限元模型 ,计算分析了季节性温度变化下台后土压力的分布曲线。以三跨连续混凝土板桥为工程实例 ,提出并验证台后设置EPS压缩层和置换轻填土两种方案 ,同时配合台后土体加筋 ,为整体式桥台设计提供理论依据     

温度变化下整体桥台后土压力实验研究

依托Glll线富裕工业园跨线桥工程,在该整体式桥台桥梁建成后,对全年台后土压力变化情况进行了监控,绘制了台后土压力的静态分布图及随着季节性温度变化的动态分布图,明确了整体桥台后土的分布规律:整体桥台后土压力数值随填土深度的增加而增加;存在桥台位移的临界值,使土压力分布由线性转变为非线性.确定了主梁温度变形极值时对应的台...     

地震下单桩动力响应的有限元模拟

采用ANSYS结构分析软件建立了三维有限元实体模型,计算了地震作用下桩—土动力相互作用体系的动力反应,分析了体系的加速度反应、位移反应、桩身应变、桩身挠度、桩身弯矩、桩身剪力和桩土间接触压力等,并探讨了桩土刚度比、上部荷载等参数对桩—土相互作用体系的影响。     

竖向荷载作用下的被动桩计算方法研究

建立了被动桩的计算模式,借鉴抗滑桩的设计方法计算主动侧作用于桩身的土压力,被动侧作用于桩身的土抗力与桩的变形成正比,然后基于静力平衡条件建立了可考虑桩顶竖向荷载作用的被动桩桩体单元受力微分平衡方程,编程可求解得到桩身侧向位移、桩身弯矩和剪力。该方法可供被动桩的设计参考。     

温度作用下整体式桥台曲线梁桥受力特征分析

为探究整体式桥台曲线梁桥在温度作用下的受力特征,文章通过对既有曲线梁桥进行试设计,考虑土-结构相互作用,建立有限元模型并进行参数化分析。研究表明,温度作用对整体式桥台曲线梁桥的内力和变形影响显著,尤其对边跨的内力分布影响较大;曲率半径是温度变化条件下影响整体式桥台曲线梁桥梁端弯矩和径向位移的重要因素;合理选择台后填土类型,以改善主梁切向变形和梁端内力大小。     

基于接触力学的复杂桩土结构相互作用分析

基于大型通用有限元软件Abaqus对某驳岸码头群桩结构进行有限元计算,采用接触力学算法模拟桩与土体之间的接触作用,建立了考虑复杂接触的三维有限元模型,对桩身弯矩和侧向土压力的分布规律进行了分析,验证了接触力学算法在复杂土与结构相互作用分析中的有效性。     

考虑桩土相互作用的微型桩支护体系设计

在考虑桩土相互作用的情况下,按照传递系数法计算出滑坡推力,利用假定的计算模型,计算出微型桩支护体系所受到的内力,采用等效法对微型桩体系进行验算。对陕南勉县赖家寨滑坡治理工程进行微型桩设计,计算结果表明最大位移出现在桩顶处,最大剪力和最大弯矩出现在滑动面处。桩身变位随桩身长度的增大而逐渐变小;剪力随桩身的增大会逐渐减小,在桩身处发生突变增大,而后逐渐减小至0;弯矩随桩长的增大而增大,在滑动面处达到极值,然后逐渐降为0。     

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。     

Evaluation on the behavior of abutment-pile connection in integral abutment bridge

Integral abutment bridges can reduce the amount and cost of construction and maintenance work since they do not have expansion joints and shoes in order to increase stability and durability of the bridges’ system. Integral abutment bridges normally have single-row H-pile systems to resist the behaviors under service loading conditions such as thermal loading. In order to transfer member forces between abutments and H-pile, the abutment-pile connection in the integral abutment bridge should have rigid behavior. Therefore, the installation of reinforcing bars and minimum installed length of the piles in the concrete abutment are required to resist bearing force and deformation caused by shear forces and bending moments. This study examines the abutment-pile connections in the integral abutment bridge to improve the shear and bearing resistance of concrete abutment and constructability of abutment-pile connections for the single-row H-pile system with weak axis. Three types of new abutment-pile connections are proposed in this study. They feature transverse reinforcing bars perforated in H-pile, stud connectors, and perfobond rib connectors on the flange of H-pile, respectively. They are intended to increase the stiffness and strength so that they will better resist the bearing force caused by deformations and rotations at abutment H-pile concrete. Loading tests and FE analysis were conducted to evaluate the stiffness and behaviors of proposed connections for half scale abutment-H-pile connection specimens. From the test results, proposed abutment-H-pile connections were evaluated to secure sufficient stiffness, rotational stiffness, and bearing strength.     

填土施工对桥台台背土压力的影响

通过现场试验,研究了高速公路跨线桥在先施工桥台桩和肋台,后进行台背填土的情况下,肋板式桥台的肋台台背土压力的大小和分布。试验结果表明,肋台台背顶部的土压力与静止土压力接近,中部的土压力趋于被动土压力,只有底部的土压力大致等于主动土压力。     

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。     

堆载作用下被动桩的水平受力及位移分析

针对既有桩体在较大侧向堆载作用下会发生偏斜或挠曲变形甚至开裂折断,从而导致结构存在较大安全风险的问题,基于Flamant解建立条形荷载作用下的水平附加应力计算公式。考虑到桩-土界面的剪切效应,采用双参数地基模型进行桩后土体的桩-土受力分析。建立了被动桩的挠曲微分方程,采用MATLAB求解得到桩的内力及变形情况。采用文献中的不平衡堆载试验监测数据验证了计算公式的合理性。研究结果表明:堆载对桩基的侧向土压力影响主要分布在桩体的上半部分,受到的侧向土压力占桩体总侧向土压力的86%以上;随着堆载高度的增加,桩的侧向土压力、侧向位移和弯矩均呈现出增大的趋势;所得结论可为类似工程的安全性评价提供理论依据。     

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。     

Mitigation of seasonal temperature change-induced problems with integral bridge abutments using EPS foam and geogrid

Expansion of bridge girders in summer moves integral bridge abutments toward backfill, causing high lateral earth pressures behind the abutment. Some backfill material slumps downward and toward the abutment when the abutment moves away from the backfill due to bridge girder contraction in winter. Placement of geogrids within the backfill can increase stability of the backfill while placement of compressible inclusions (e.g., Expanded Polystyrene (EPS) foam) can reduce lateral earth pressures behind the abutment caused by bridge girder expansion. In this study, six physical model tests were conducted with 30 abutment top movement cycles due to simulated seasonal temperature changes to study the performance of integral bridge abutments with different mitigation measures. The test results showed that geogrid reinforcements caused higher maximum lateral earth pressures at the same abutment movement, but geogrids with wrap-around facing significantly reduced the backfill surface settlements. The combination of the EPS foam and geogrids could minimize lateral earth pressure increase and backfill settlement. The EPS foam reduced the abutment toe outward movement when the abutment top was pushed against the backfill; however, the mitigation effects by the EPS foam was limited due to its small thickness and relatively high elastic modulus in this study.     

加筋土桥台台背土压力的试验研究

为了对比在桥台填土施工中,铺设土工格栅对减小桥台土压力的作用,在宁淮高速公路东一道跨线桥桥台填土施工中,东侧桥台填土中未铺设土工格栅,西侧桥台填土中铺设土工格栅,对其桥台台背土压力进行长时间观测,分析了土压力随时间的变化、土压力随填土高度的变化以及填土完成后土压力的大小与分布情况。分析结果表明,台背土压力沿桥台深度方向呈非线性分布;土压力随着至桥台顶部距离的增大而增加,但到达一定深度后,随着深度的增加,土压力反而减小;铺设土工格栅能明显降低桥台台背的土压力。