浅谈桥梁下部结构常用的加固方法

随着桥梁使用时间的增长,损伤程度也会越来越严重,病害会不断发展,为保障桥梁的安全运营,延长其使用寿命,就要在检测评估的基础上,对那些承载能力不足、使用性能较差或耐久性能不满足要求的结构或构件,进行有针对性地维修加固。桥梁加固涉及的内容十分广泛,包括了桥梁实际状况的检测鉴定、加固设计计算、加固方案工艺比较选择以及投资效益的优化等方面。通常桥梁下部结构具有足够的承载潜力,足以满足上部结构补强加固所增加的重量以及活荷载对它的要求。如墩台与基础的承载能力不足,或者上部结构的缺陷、承载能力的降低等是由于墩台与基础的沉降、位移或缺陷等引起的,则应对原桥墩、桥台及基础进行必要地补强加固桥梁墩台与基础的补强加固技术,一般通过对桥墩、桥台结构的补强、限制或减小墩台的位移,或增加原基础的承载能力。     

浅论桥梁墩台病害分析及整治措施

桥梁墩台是桥梁结构的重要组成部分,它不仅自身应具备足够的强度、刚度和稳定性,同时还对地基的承栽能力等有一定的要求。本文主要对桥梁墩台裂缝、位移、开裂等常见痛害进行分析并提出整治措施。     

桥梁铅销橡胶支座减震效果的影响因素研究

建立了各墩台高度相等且与地基固结的连续梁桥模型,采用自主开发的"桥梁结构非线性地震反应分析程序",对影响公路连续梁桥铅销橡胶支座减震效果的因素进行了正交试验计算分析,并对计算结果进行了方差分析,证明了支座铅销面积和桥墩高度是影响减震效果的2个显著性因素;分析了支座铅销面积对减震效果的影响规律,结果表明,改变各墩台支座的铅销面积比可在一定限度内调节地震作用下位移与内力响应在各墩台之间的分配;计算了8°,9°设防烈度和Ⅰ,Ⅱ类场地土条件下不同桥墩高度时模型桥的最大减震率,给出了相应设防烈度和场地土条件下铅销橡胶支座能实现30%减震率的最大桥墩高度,提出了一个无量纲常数--界限常数,据此常数可以判断出一定设防烈度和场地土条件下连续梁桥是否可以采用铅销橡胶支座进行减震设计实现30%的减震率.     

某匝道桥的病害整治措施研究

某互通立交A匝道桥上跨济广高速公路,上部结构为现浇混凝土连续箱梁,下部结构为柱式墩台。本文首先对桥梁的主要病害进行了介绍,并采用弯斜坡异型桥梁空间结构分析软件系统3D-BSA’2008对桥梁进行了针对性的结构分析,其次结合桥梁的结构分析结果,对桥墩墩身开裂、桥梁横向位移及支座破坏进行了深入的分析,针对这些病害提出了相应的加固处理措施。为避免此类病害的发生,最后提出了在设计中应着重注意的问题。该文提出的病害整治措施和设计中注意的问题可为同类桥梁的加固和设计提供参考和借鉴。     

北洺河大桥桥墩布设对河道防洪安全的影响

拟建北洺河大桥所处河段为大曲率弯道,且受地形条件限制,桥梁中心线呈大角度扇形布设。曲线桥梁与弯道水流交会,水流条件尤为复杂。为研究北洺河大桥斜穿弯道河流情况下桥墩布设对河道冲刷及防洪安全影响,设计制作了1:60正态物理模型,开展不同洪水重现期下曲线大桥斜穿弯道河流河工模型试验研究。试验结果表明:受桥墩布设交角及弯道水流的共同作用,原设计方案不同重现期洪水工况下均加剧了桥位处河道右岸的冲刷,最大冲刷深度3.54 m,威胁堤防安全;水流顶冲右岸产生壅水,最大壅水高0.48 m;桥墩布置对下游河道的影响范围264 m。适度调整7号桥墩与水流夹角,同时对右岸河床铺设宾格石笼,控制最大冲刷深度减小到1.68 m,有效改善了桥墩与堤防间的水流流态,优化方案保护了行洪安全。     

考虑氯离子侵蚀的近海桥梁结构地震易损性分析

分析氯离子侵蚀作用对近海桥梁结构抗震性能的影响,提出了近海桥梁时变地震易损性分析方法.以一座近海简支梁桥为例,基于概率方法得到氯离子侵蚀作用引起的纵筋直径和屈服强度、箍筋直径、保护层混凝土抗压强度随时间的退化规律,研究发现随着钢筋腐蚀程度增加,小剪跨比的桥墩会由弯曲破坏转变为弯剪或剪切破坏.基于OpenSees软件建立桥墩在不同服役时间考虑弯曲、粘结和剪切变形的有限元模型并进行Pushover分析和增量动力分析以评估腐蚀桥墩的抗震性能.定义腐蚀桥墩的损伤状态,评估各级损伤状态能力,通过易损性分析方法得到桥梁时变地震易损性曲线.研究结果表明,在氯离子侵蚀作用下,桥墩的材料性能不断退化,导致近海桥梁地震易损性随服役时间逐渐增长.     

船撞偶然荷载作用下连续梁桥的分析方法探讨

在评估船撞偶然荷载作用下连续梁桥的结构响应时,不同于连续刚构桥的分析,一般取单个桥墩作为分析对象,船舶撞击力作用于桥墩上,并不考虑桥梁上部结构将船撞力传递至相邻墩的贡献.实际上基于桥梁上部结构与下部结构的连接强度以及可能被撞桥墩的相对刚度,可将桥梁上部结构纳入船撞力的传递路径中.该文基于一连续梁桥工程实例,针对船撞荷载工况,分别用单墩模型和桥梁整体模型进行了分析,通过对比研究认为,当连续梁桥有船撞风险时,可以采用桥梁整体分析的方法,考虑桥梁上部结构对船撞力的分配,并且桥梁上部结构和下部结构之间应设置可靠的连接构造.     

大体积混凝土桥墩施工中裂缝产生原因分析及防裂措施

如何防止温度应力和收缩应力裂缝,是大体积混凝土结构施工中的一个重大课题。本文结合桥梁墩台施工实践,分析了桥梁先期施工中桥墩混凝土表面出现裂缝的原因。介绍了改变混凝土原材料、调整混凝土配合比、改进施工工艺及对混凝土浇灌时进行温度控制和养生过程中采取防护保温等措施,取得了良好效果,可为类似工程施工提供借鉴。     

基于桩—土作用的滚石撞击双柱式桥墩动力响应分析

滚石灾害的发生将会影响山区桥梁结构使用状况,有时会导致桥墩偏位和落梁,落梁严重的甚至会造成整个桥梁发生坍塌。鉴于独柱墩、双柱墩在山区桥梁中的应用广泛,运用LS-DYNA对独柱墩、双柱墩受滚石撞击时的结构动力响应进行分析。研究表明:滚石撞击双柱式桥墩的位移响应、钢筋应力、桥墩损伤指标均比独柱式桥墩显著。     

复杂河道环境内水流冲击桥墩的数值模拟——以广安五福桥为例

广安市拟在西溪河原拱桥上游修建行车桥改善城市交通,桥梁拟建于河道弯顶处,拟建位置上下游涉水建筑物较多,汛期时桥墩周围水动力环境较为复杂。为研究汛期时弯道处桥墩受水流冲击的规律,以FLOW-3D水动力学数值模拟软件为研究工具对固定工况中水流冲击圆柱形桥墩的过程进行数值模拟。将河道模型拆分为简单模型进行模拟,发现模拟计算结果与经验公式结果较为吻合,在该基础上进行数值模拟,研究结果表明：(1)河道中景观闸与拱桥间为水流急变区,可能对河床及桥墩底部造成冲刷;(2)拟建桥区水流对桥墩的冲击压力时程变化呈现不规律脉动,主频范围为0~0.02Hz;(3)凹岸桥墩所受水流冲击力明显大于凸岸,随着流量增大,凹岸桥墩受力方向与顺河向的正夹角增大,凸岸桥墩受力与顺河向的负夹角减小。     

预应力混凝土刚构-连续组合梁桥的减震设计

以324国道乌龙江大桥复线桥为工程背景,对刚构-连续组合梁桥进行两级设防地震水平下的地震反应分析及抗震验算.结果表明,在两级设防地震作用下,上部结构产生的纵桥向地震力主要由2号刚构墩承担;在E1地震作用下,组合梁桥满足抗震强度要求,但在E2地震作用下,组合梁桥的2号刚构墩无法满足抗震强度要求.为改善结构的整体抗震性能,对刚构-连续组合梁桥进行减震方案设计及比选.比选结果表明,仅在5号墩墩顶增设Lock-up装置,就可以较大幅度降低2号刚构墩的控制地震内力,满足预期的抗震设防目标,是一个优化的减震方案.     

滑坡涌浪对桥墩冲击波压分布规律及计算

桥墩是三峡库区的重要建筑物之一,针对滑坡涌浪对桥墩的影响,通过物理模型模拟涌浪的产生、传播以及对桥墩的作用,分析了滑坡体方量、初始浪高及库区水深等因素对桥墩所受冲击压力的影响。结果表明,不同水位条件下,同一桥墩最大冲击波压分布规律有所不同,规范计算给出的分布规律不完善;前人运用孤立波的叠加来研究涌浪所得结论在一定水深条件下才适用,深水条件下呈现波动性多峰值分布,其结论并不适用。不同岸侧的桥墩,最大冲击波压的分布规律有区别且最大值的作用位置也有所不同,在工程设计中两岸桥墩应分开计算最不利荷载情况;基于多元线性回归给出了桥墩的最大冲击波压计算公式,供工程设计计算参考。     

地震动水压力对深水桥墩的影响

在Morison方程的基础上,用附加质量考虑水的影响,采用有限元方法来分析深水桥墩的地震响应.通过对实例的分析,认为地震动水压力对深水桥墩的影响是显著的,动水压力的作用使桥墩的地震响应最大值增大了近50%,并得出了影响动水压力的主要因素.同时与我国现行抗震规范的计算结果进行了比较分析,认为在抗震设计中是否考虑地震动水压力对桥墩的影响采用相对水深来决定更为合理.     

地震作用下深水高墩刚构桥梁的动力响应分析

高墩大跨连续刚构桥梁的抗震性能是桥梁设计人员重点关注的问题.当高墩处于深水之中,由于桥墩外围的水和桥墩体内的水将由于震动而同时对桥墩产生作用,对其进行动力响应分析更为困难.在计算墩水耦合效应时采用Westergaard理论,对一座连续刚构桥梁的地震动力响应进行了反应谱分析和时程分析.研究结果认为考虑墩水耦合效应后,桥梁...     

混凝土箱梁桥铺装防水粘结层力学性能

为了探讨混凝土箱梁桥防水粘结层的实际受力状态,以沪杭高速公路拓宽改建工程箱梁段高架桥为研究实例,采用有限元方法和室内实验相结合的手段研究防水粘结层的层间粘结性能.建立节段整桥铺装复合结构模型,考虑刹车、超载、随机动荷载等因素对沥青混合料铺装层防水粘结层力学响应的综合影响.最后通过室内实验测得了几种典型的水泥混凝土桥防水粘结层与水泥桥面之间的层间粘结性能,并与理论分析结果进行了对比.分析结果表明,刹车超载对防水粘结层力学响应的影响大于由桥面不平度引起的随机动荷载对防水粘结层的影响.拉应力峰值出现在移动荷载接近于墩顶上方对应铺装表面,剪应力在移动荷载处于跨中时达到最大值.结合理论与试验分析结果,SBS(styrene butadienestyrene)改性沥青和橡胶沥青的防水粘结层主要粘结性能均满足理论分析结果的要求,可推荐为混凝土箱梁桥防水粘结层材料的首选.     

高墩桥梁地震响应分析研究

汶川地震震害结果表明,在我国西部山区普遍存在的高墩桥梁震害严重,不少高墩桥梁在高于设防烈度的大震作用下出现了上部结构落梁、桥墩倒塌或压溃等严重破坏,直接影响到抗震救灾工作的顺利开展．因此,应对其抗震设计提出更高要求．通过对一座高墩三跨连续箱梁桥的地震响应进行数值模拟计算,分析了高墩桥梁的地震响应特点,提出了高墩桥梁在大震作用下应采取防止落梁及墩柱压溃破坏的构造措施．     

液化场地斜直交替群桩-土-桥梁结构动力特性分析

采用FLAC3D有限差分软件,建立了斜直交替群桩-土-桥梁结构的动力相互作用特性分析模型,通过数值计算,分别得到了桩身弯矩、桥墩与桥梁结构的位移以及桩体受力特性的变化规律,并将所得结果与全直桩群桩-土-桥梁结构的动力特性进行对比分析。研究结果表明:斜直交替群桩中的斜桩相对其直桩和全直桩群桩的桩身最大弯矩减小约15%。振动结束后,斜直交替群桩的桥墩与桥梁结构具有残留水平位移,全直桩群桩的桥墩与桥梁结构不存在残留水平位移,斜直交替群桩中的斜桩最大水平力沿桩身呈线性变化,两种模型直桩的最大水平力沿桩身变化均不明显。     

空心薄壁高墩连续刚构桥全过程稳定分析

为更好地保障高墩连续刚构桥施工安全,以石川河特大桥为工程背景,通过有限元仿真的方法对空心薄壁高墩连续刚构桥展开了复杂工况下的全过程稳定分析,得到了第一阶屈曲特征值和屈曲模态,并对混凝土强度、桥墩高度及高墩壁厚进行了参数敏感性研究。结果表明：只考虑几何非线性,最大悬臂状态的稳定系数为20.39,而考虑双重非线性的稳定系数为6.12,分别较第一类静力稳定降低了16.5%和74.9%;就石川河特大桥15#墩而言,屈曲模态为纵桥向失稳,高墩的破坏属于小偏压破坏,破坏截面发生在距墩底h/8―h/7左右的区域;随着桥墩高度增加,桥梁的稳定性逐渐减小且减小的速率逐渐降低,而混凝土强度和高墩壁厚对高墩稳定性影响不大。可见考虑复杂工况的全过程稳定分析具有更好的实际意义。     

桥台混凝土挡块对连续梁桥地震响应的影响

为研究桥台混凝土挡块对中小跨径连续梁桥横向地震响应的影响,以一座连续桥梁为背景建立了有限元模型,采用非线性时程方法分析了桥台混凝土挡块的峰值强度对全桥地震响应的影响.研究结果表明:随着桥台混凝土挡块峰值强度的增强,桥台顶剪力需求逐渐增大,桥墩处支座位移需求逐渐减小,但减小幅值随着挡块峰值强度增加而减小并趋向于零.合理选取桥台处混凝土挡块的峰值强度能有效地减少桥墩的支座位移需求,并且能避免对桥台造成严重地震损伤.     

方钢管约束混凝土桥墩拟静力试验

为研究不同约束形式及混凝土墩身与承台间的连接构造对桥墩试件的抗震性能和各项指标的影响规律，设计1根采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件（SYP-GT4试件）、1根方钢管约束的整体现浇混凝土桥墩试件（SYZ试件）和1根方形截面的整体现浇混凝土桥墩试件（SFZ试件）。在桥墩墩帽处采用位移加载方式完成构件的拟静力试验，观察试件的破坏过程以及破坏模式，分析了桥墩的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、延性、耗能等特征参数。结果表明，3根混凝土桥墩试件的破坏形态基本一致，二者均为整体压弯破坏模式。SYZ试件与SFZ试件相比，水平峰值荷载提高了46.5%，滞回耗能能力更优，均有很好的延性性能，表明方钢管约束的整体式桥墩抗震性能优于现浇混凝土桥墩；SYP-GT4试件与SYZ试件相比，水平峰值荷载数值相接近，位移延性系数提高了24.1%，残余位移小，变形恢复能力较优，滞回曲线呈现更饱满的梭形，无明显捏缩，连接构造对强度和刚度退化的影响较小，两者抗震性能接近。