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承插式桥墩连接构造及其力学行为的研究进展

土木工程学报 2023年第1期56卷 90-108页

作者：徐艳曾增王志强王志刚同济大学上海市200092 中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉市430056

承插式连接是一种桥梁下部结构的节段预制拼装连接方式,具有精度要求低、施工工序简单、现场作业量少、施工工期短、施工质量可控且造价低等优点。为促进承插式连接技术在预制拼装桥墩建设中的应用和发展,首先介绍承插式连接在桥梁工程... 详细信息

承插式连接是一种桥梁下部结构的节段预制拼装连接方式,具有精度要求低、施工工序简单、现场作业量少、施工工期短、施工质量可控且造价低等优点。为促进承插式连接技术在预制拼装桥墩建设中的应用和发展,首先介绍承插式连接在桥梁工程领域的研究现状,如承插式连接的种类以及应用情况,再分析承插式连接构造的关键设计参数,如承插深度、钢筋配置、键齿构造、嵌缝材料、嵌缝宽度和目标连接构件尺寸等,对承插结构力学行为的影响,同时讨论改善承插结构抗震性能的方法,指出现有桥梁工程中应用承插式连接技术亟待解决的问题,尤其是与抗震性能相关的设计参数的研究不足,限制了其在中高烈度区的推广使用,最后提出进一步的研究方向。

关键词：预制拼装承插式连接桥墩目标连接构件抗震性能

基于分叉传递矩阵法的多跨连续刚构桥桥墩有效长度系数

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Journal of Central South University 2024年第2期31卷 542-557页

作者：康厚军郭忠张晓宇苏潇阳丛云跃 State Key Laboratory of Featured Metal Materials and Life-cycle Safety for Composite Structures Guangxi UniversityNanning 530004China School of Civil Engineering and Architecture Guangxi UniversityNanning 530004China Scientific Research Center of Engineering Mechanics Guangxi UniversityNanning 530004China Guangxi Communications Design Group Co.Ltd. Nanning 530004China

桥墩的有效长度系数对桥墩的稳定性和强度十分重要。为解决桥墩的稳定性问题,本文建立了一种便于采用传递矩阵法求解的新颖力学模型,并基于该方法计算了多跨连续刚构桥的有效长度系数。首先,建立n跨刚构桥的一般力学模型,并利用传递矩... 详细信息

桥墩的有效长度系数对桥墩的稳定性和强度十分重要。为解决桥墩的稳定性问题,本文建立了一种便于采用传递矩阵法求解的新颖力学模型,并基于该方法计算了多跨连续刚构桥的有效长度系数。首先,建立n跨刚构桥的一般力学模型,并利用传递矩阵法推导了其在考虑自重荷载情况下的平面内稳定特征方程,进而求得弹性屈曲载荷和有效长度系数,并将其与有限元法得到的结果进行对比,从而验证所提理论和方法的正确性。其次,研究了用碳纤维增强聚合物和超高性能混凝土加固桥墩时,桥墩有效长度系数的变化规律。最后,探讨了边跨与中跨之比、桥面梁刚度以及桥墩刚度对桥墩有效长度系数的影响。结果表明,增强整体结构刚度比增强局部刚度对提高稳定性更有效,桥梁边跨和中跨跨度对有效长度系数的影响较大。同时,还观察到碳纤维增强聚合物加固高度改变时,桥墩有效长度系数变化曲线产生了独特的双峰效应。

关键词：有效长度系数面内稳定性桥墩传递矩阵法刚构桥

铁路桥墩通用计算平台任意截面形变刚度与温度初载法研究

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铁道科学与工程学报 2023年第8期20卷 2923-2933页

作者：王雨权国巍苏伟廖立坚李林安周俊龙中国铁路设计集团有限公司土建工程设计研究院天津300308 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 天津大学力学系天津300350 中国建筑第六工程局有限公司工程技术研究院天津300170

为了提高铁路桥墩及基础批量化设计中桥墩外力及变形的计算精度,解决复杂墩形的外力及墩顶位移等设计指标的高效精准求解难题,研制了适用于计算任意横截面、沿墩高形变的铁路桥墩通用计算平台,构建一套基于任意截面形变单元加载技术为... 详细信息

为了提高铁路桥墩及基础批量化设计中桥墩外力及变形的计算精度,解决复杂墩形的外力及墩顶位移等设计指标的高效精准求解难题,研制了适用于计算任意横截面、沿墩高形变的铁路桥墩通用计算平台,构建一套基于任意截面形变单元加载技术为核心的铁路桥墩仿真计算方法。该方法的关键步骤有:1)通过自定义任意桥墩截面输入格式及基于泊松方程的有限元网格剖分求解方法,搭建任意截面几何特性计算功能;2)通过基于力的平衡及余能定理、卡氏第二定理,推导形变刚度矩阵,利用结构力学法得到等效节点荷载,进而建立形变单元加载算法;3)通过自定义温度场,并引入初轴力、初弯矩概念,然后基于单元力学平衡关系,得到形变单元的等效温度节点力,从而创建温度效应的初载法;4)据此编制完成铁路桥墩通用计算平台,并分别采用商业有限元软件Midas对(60+100+60)m高铁连续梁桥墩地震力、采用Abaqus对圆端形形变构件空心墩温度作用墩顶位移进行验证。研究结果表明:平台的地震力计算结果与Midas的最大误差为0.18%,表明形变刚度及任意截面几何特性计算功能满足工程精度要求;温度作用下,当墩高超过21 m时,平台计算墩顶位移与Abaqus的最大误差为0.52%,误差随墩高增加而减小,表明温度效应的初载法准确度高。研究成果可为研制相同类型铁路桥墩设计仿真平台提供一种精度高且技术路线可行的简便方法。

关键词：桥墩形变刚度任意截面温度初载法计算平台

基于数值仿真和统计分析的洪水作用下桥墩作用效应分析

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吉林大学学报（工学版） 2023年第6期53卷 1612-1620页

作者：吴春利黄诗茗李魁顾正伟黄晓明张炳涛杨润超吉林大学交通学院长春130022 东南大学交通学院南京210018 吉林省公路管理局长春130021

为了解洪水对桥墩的作用规律,提出采用数值计算直接求解流动主控方程的方法获得各种流动现象规律。结合流体力学仿真分析技术,通过计算机数值计算和图像显示的方法描述流场的数值解,再采用拉丁超立方抽样和分层随机抽样,尽可能保证每一... 详细信息

为了解洪水对桥墩的作用规律,提出采用数值计算直接求解流动主控方程的方法获得各种流动现象规律。结合流体力学仿真分析技术,通过计算机数值计算和图像显示的方法描述流场的数值解,再采用拉丁超立方抽样和分层随机抽样,尽可能保证每一个变量的全覆盖,并用统计分析方法对抽样数据进行分析。针对洪水流速、桥墩形状、数量及间距、水流入射角度等多种洪水致灾关键因素对桥墩水平阻力效应的影响展开研究,获得了较全面、准确的洪水作用效应,建立了多种影响因素影响下的洪水致灾作用效应分析模型,为正确评估桥梁服役状态,确保洪灾下桥梁的安全运营提供了理论支撑。

关键词：桥梁工程桥墩洪水作用效应数值仿真统计分析

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圆端形不锈钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

湖南大学学报（自然科学版） 2022年第9期49卷 80-89页

作者：赵秋红董硕张建周刘飞虎天津大学建筑工程学院天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300350 中国铁路设计集团有限公司天津300308

以外钢管材质、加载方向及中空夹层截面为变化参数,进行了4个圆端形不锈钢管(concrete-filled round-ended stainless steel tubular,CFRST)和2个圆端形普通钢管(concretefilled round-ended carbon steel tubular,CFRT)混凝土桥墩试件的往复加载拟静力试验.分析了试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性系数及耗能等.试验结果表明:圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的破坏形态均为墩底外钢管的鼓曲及底部混凝土的局部压溃,各试件的滞回曲线较为饱满,无明显捏拢现象,耗能能力及延性均较好;与圆端形钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的峰值荷载及初始刚度基本不变,但延性及耗能能力增加,刚度退化程度减小;与圆端形实心不锈钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形中空夹层不锈钢管混凝土桥墩试件沿强轴加载时峰值荷载、初始刚度、延性及耗能能力均增加,而沿弱轴加载时由于内钢管平直段发生向内凹曲,其峰值荷载及初始刚度虽仍有增加,但延性及耗能能力略有降低.给出了此类桥墩水平承载力的计算方法,计算结果与拟静力试验结果吻合较好.

关键词：不锈钢管混凝土桥墩不锈钢中空夹层拟静力试验抗震性能

落石冲击下桥墩刚柔叠层防护结构的缓冲耗能试验研究

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振动工程学报 2023年第4期36卷 1113-1124页

作者：高亮常懿德张俊发西安理工大学土木建筑工程学院土木系陕西西安710048

山区工程结构的落石冲击灾害问题显著,耗能缓冲防护结构能有效减小冲击灾害。针对桥墩的冲击防护,设计了型钢-泡沫板、型钢-混凝土和泡沫板-混凝土三种耗能缓冲结构,通过对三种防护结构在落石冲击下的破坏模式及试验动力响应过程分析,... 详细信息

山区工程结构的落石冲击灾害问题显著,耗能缓冲防护结构能有效减小冲击灾害。针对桥墩的冲击防护,设计了型钢-泡沫板、型钢-混凝土和泡沫板-混凝土三种耗能缓冲结构,通过对三种防护结构在落石冲击下的破坏模式及试验动力响应过程分析,揭示刚柔叠层冲击防护结构的耗能缓冲机理。试验结果表明:利用刚性外层可将冲击能量有效扩散至内部柔性缓冲层,充分发挥刚柔层的耗能及缓冲性能;混凝土泡沫板防护结构综合性能最优,对比无防护结构,其可使落石冲击钢筋混凝土试验板的冲击持续时间延长9~10倍,平均冲击力减至无防护结构的1/10以下,具有良好的耗能缓冲性能。

关键词：刚柔叠层防护结构桥墩落石冲击耗能缓冲动态冲击试验

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考虑PSSI的桩柱式桥墩震后残余位移分析

应用基础与工程科学学报 2022年第3期30卷 684-694页

作者：孙治国张振涛伍隋文王东升防灾科技学院土木工程学院北京101601 中国地震局建筑物破坏机理与防御重点实验室北京101601 内华达大学里诺分校土木与环境工程系美国里诺89557 河北工业大学土木与交通学院天津300401

为研究钢筋混凝土桥墩在强震下的残余变形机理,建立了考虑桩-土-结构相互作用(pile-soil-structure interaction, PSSI)的桩柱式桥墩抗震数值分析模型,考虑了桥墩、桩身以及桩-土相互作用等非线性行为.首先,基于单桩拟静力试验结果验证... 详细信息

为研究钢筋混凝土桥墩在强震下的残余变形机理,建立了考虑桩-土-结构相互作用(pile-soil-structure interaction, PSSI)的桩柱式桥墩抗震数值分析模型,考虑了桥墩、桩身以及桩-土相互作用等非线性行为.首先,基于单桩拟静力试验结果验证了建模方法的准确性,然后通过与墩底固结模型的对比,分析了近断层地震动下PSSI对桩柱式桥墩墩顶残余位移的影响.结合结构自振周期,桩身残余位移、曲率延性系数,土体非线性反应等结果,对墩顶残余变形的机理进行了讨论.结果表明:考虑PSSI的桩柱式桥墩自振周期为墩底固结模型的2.0~2.2倍,PSSI显著增加了墩顶的最大位移和残余位移.随着砂土相对密实度减少,结构自振周期、墩顶最大位移和残余位移均呈增大的趋势.桩身的残余变形主要集中于桩顶4倍桩径深度范围内,且随着砂土相对密实度增加,桩身残余变形深度减少.桩身塑性变形集中于地表下1.3~5.3倍桩径范围内,且随着砂土相对密实度增加,桩身塑性区范围减少,桩身截面最大曲率增大.

关键词：桥梁抗震桥墩残余位移桩-土-结构相互作用数值分析 p-y弹簧单元近断层地震动

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桥墩-冰塞-局部冲刷相关问题研究进展

力学学报 2021年第3期53卷 672-681页

作者：王军侯智星隋觉义程铁杰合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009 加拿大北英属哥伦比亚大学环境工程系加拿大乔治王子城V2N 4Z9

桥梁建设改变了河流的边界条件、水流条件和河床泥沙的运动状态,冬季河流中有冰塞出现时则产生相互影响作用.近年来,基于冰塞稳定性力学分析,开展了桥墩影响下冰塞稳定性研究,所得桥墩影响下冰塞稳定性判别公式计算结果和实测资料能够... 详细信息

桥梁建设改变了河流的边界条件、水流条件和河床泥沙的运动状态,冬季河流中有冰塞出现时则产生相互影响作用.近年来,基于冰塞稳定性力学分析,开展了桥墩影响下冰塞稳定性研究,所得桥墩影响下冰塞稳定性判别公式计算结果和实测资料能够较好得吻合;研究了桥墩对河道卡封以及临界流凌密度的影响,计算得到的临界流凌密度与实验值较为接近;介绍了明流、冰盖下桥墩周围局部冲刷等方面的相关研究工作,得出了冰盖条件下桥墩局部最大冲刷深度的回归经验公式,结果表明该公式具有很好的适用范围.对冰塞条件下桥墩附近局部冲刷问题探索性地开展了试验研究,研究表明,冰塞条件下的局部冲刷与冰盖条件下有着很大不同,不仅冲刷深度要大的多,而且桥墩周围局部冲刷过程与冰塞厚度变化相关.在冰塞条件下,桥墩处的最大冲刷深度和最大冲刷长度均随流速增大而增大,冲刷坑尾部淤积沙丘高度也受到流速的影响.就相关研究难点和今后需要进一步开展的研究工作进行了分析和展望.

关键词：桥墩冰盖冰塞局部冲刷力学分析

腐蚀近海桥墩十字形双向拟静力试验及损伤分析

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工程力学 2022年第3期39卷 115-125页

作者：袁文厅齐燕军方庆贺中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 哈尔滨工业大学(威海) 海洋工程学院近海结构研究中心山东威海264209

为研究十字形双向加载作用下腐蚀近海桥墩的损伤演化,设计了2个尺寸及配筋相同的钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)桥墩试件,对其中之一开展了电化学腐蚀试验,随后对2个试件进行了十字形双向拟静力试验。基于实测数据,分析了腐蚀作用... 详细信息

为研究十字形双向加载作用下腐蚀近海桥墩的损伤演化,设计了2个尺寸及配筋相同的钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)桥墩试件,对其中之一开展了电化学腐蚀试验,随后对2个试件进行了十字形双向拟静力试验。基于实测数据,分析了腐蚀作用对墩柱滞回特性及刚度退化的影响,基于试验现象,及考虑腐蚀和加载路径的改进Park-Ang双参数模型,研究了墩柱损伤演化过程。结果表明:与未腐蚀墩柱相比,腐蚀率为24.15%的墩柱的极限承载力降低达28.74%,累积耗能降低了55.74%;腐蚀作用会明显加速墩柱的双向地震损伤进程;变形对未腐蚀及腐蚀墩柱的双参数损伤指标贡献皆随着位移的增大先减小后缓慢增大;该文改进的Park-Ang模型,结合牛荻涛等的损伤指标范围,能合理量化墩柱损伤状态,可为腐蚀近海桥墩的双向地震损伤分析提供参考依据。

关键词：桥墩腐蚀双向拟静力试验滞回特性损伤演化