曲线连续梁桥梁体顶升及顶推复位关键技术研究

目的提出一种四跨曲线连续梁桥在支座损坏或梁体径向爬移后顶升及顶推修复方法,为类似曲线桥梁的修复提供技术支持.方法以陕西孤山川大桥为例,采用Midas Civil建立三维梁单元有限元模型,探讨曲率半径及不同顶升/顶推方案对曲线梁桥应力分布的影响.结果对竖向顶升施工,梁体应力增量对曲率半径的变化不敏感;当中间墩与相邻两墩顶升量之比为10∶7时,梁体应力增量最小.对于水平顶推方案,沿垂直于弦方向进行顶推产生的应力增量远小于沿径向顶推方案,但当曲率半径R200 m时,沿径向顶推方案产生的应力增量会陡然降低,此时其也可作为备选方案.结论基于分析结果提出了一种同类曲线连续梁桥梁体顶升/顶推最优处理方案,并将研究成果成功用于孤山川桥的纠偏施工中,陕西孤山川大桥的修复实测梁体应力结果有效地验证了本方案的正确性.     

时变对流模式下混凝土厚壁结构内生热场分布

针对高墩混凝土箱梁墩顶块水化热温度场分布状况,考虑了风速的影响,建立了时变对流热传导模式,利用ANSYS分别对时变对流换热系数和稳定对流换热系数下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场进行了分析,总结了时变对流模式下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场的分布规律,并与实测值进行了对比。研究结果表明:时变对流计算模式适合计算高墩混凝土箱梁墩顶块的水化热温度场;混凝土箱梁墩顶块水化热温度分布以腹板、顶板、底板与横隔板的交合部分为球心呈层状向外逐渐减小;随着时间的延伸,水化热温度分布形状相似,相应区域内温度值降低;时变对流换热系数下水化热温度峰值出现时间约为56 h,稳定对流换热系数下水化热温度峰值出现时间约为80h;风速对各测点的水化热温度峰值及其发生的时间影响较大,增大风速可降低水化热温度峰值,缩减温度峰值出现的时间。     

箱梁大体积混凝土冬季施工水化热效应研究

针对连续箱梁0#、1#块大体积混凝土因浇筑时水化热温度应力导致的早期开裂现象,基于遵循能量守恒定律的热传导基本理论,利用有限元软件MidasFEA的水化热分析模块,分析了在墩顶3m厚横隔板内有冷却水管作用时,冬季大体积混凝土箱梁"二次浇筑"的早期水化热温度场和应力场.计算表明,水化热引起第一次浇筑混凝土横隔板的棱角处及接近上下层交界面附近的早期温度应力是不容忽视的.根据研究结论,提出了一些控制水化热温度效应的合理建议,可供同类工程参考.     

连续箱梁桥最大悬臂阶段0号块横隔板应力分析

以某变截面连续箱梁桥作为研究对象,利用ANSYS建立0号块细部模型进行空间应力分析,用工作平面切割得到横隔板,查看横隔板在最大悬臂阶段下各个方向应力状态是否良好。分析结果表明,横隔板与顶底板承托倒角和腹板承托倒角交汇处会出现较大拉应力,应加强配筋设计。     

大尺寸CFRP约束混凝土方柱的轴心抗压试验研究

试件的尺寸对于碳纤维增强塑料(CFRP)约束混凝土柱的性能具有重要影响,但目前在CFRP约束混凝土尺寸效应方面的研究基本上还处于空白.基于对7种不同倒角半径的大尺寸CFRP约束混凝土方柱的轴心抗压试验,获取了各组试件的破坏模式、抗压强度、应力-应变曲线、外包CFRP应变分布等基本力学性能,并与已有小尺寸试件的试验结果进行比较和分析.研究结果表明,试件的抗压强度随倒角半径比的增大而增大,外包CFRP对直角试件几乎无增强作用;所有试件的破坏都是由外包CFRP的拉断所导致,断裂位置均位于倒角范围内,应力集中的现象明显;约束效应比MCR可以较好地反映尺寸效应对抗压强度影响,试件尺寸的增大显著降低CFRP的约束效应;外包CFRP的极限应变低于其材性试验结果35%以上,明显大于对应的小试件试验结果;已有模型的计算结果与本试验的实测结果存在显著差异,故有必要考虑尺寸效应的影响.     

大跨度重载铁路连续梁桥的小阻力扣件适应性

为研究小阻力扣件布置方案对重载铁路连续梁桥上无缝线路纵向力分布规律的影响,采用一种经过验证的梁轨相互作用分析方法,建立考虑相邻多跨简支梁结构的30 t轴重重载铁路(60+100+60)m连续梁桥-桥上无缝线路的一体化空间有限元模型.在此基础上,对多种小阻力扣件方案进行比选,探讨了扣件阻力、下部结构刚度、荷载模式、制动力率等设计参数的影响.研究结果表明:仅在连续梁范围内铺设小阻力扣件,可在保证钢轨应力和墩顶水平力均较小的同时减小钢轨断缝值;小阻力扣件纵向阻力取值对钢轨应力的影响可达11.2%;在连续梁范围内铺设小阻力扣件后,梁轨快速相对位移成为主要控制性指标,100 m跨重载连续梁桥制动墩顶纵向刚度限值为3000 k N/cm;荷载模式和制动力率对梁轨相对位移影响较大,建议通过试验进一步明确重载列车的制动力率取值.     

行波效应对连续梁桥锁死销体系减震性能影响研究

连续梁桥锁死销体系的减震机理是利用墩顶加速度激活位于梁墩之间的锁死销装置,用以限制活动墩和梁体的相对位移,降低连续梁地震响应.行波效应将致使各墩墩顶加速度产生差异,继而影响各墩墩顶锁死销锁死时机,为明确行波效应对连续梁桥锁死销体系减震性能的影响,通过大质量法研究行波效应作用下连续梁桥的纵向地震响应.研究表明:行波效应会对连续梁桥锁死销体系减震效果产生一定影响,但会明显加大布设锁死销活动墩的地震响应,且对于端部活动墩的影响明显大于中部桥墩,行波效应对连续梁桥各墩的具体影响程度取决于视波速大小、各活动墩与固定墩及震源相对位置、各活动墩激活状态,忽略行波效应将会对连续梁桥锁死销体系震中结构安全可靠性分析造成不利影响.     

三维河谷场地效应对钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥地震响应的影响

为揭示三维河谷场地"钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥"地震响应规律,以京昆高速公路"干海子特大桥"为工程背景,建立三维河谷场地-多跨连续梁桥动力有限元计算模型;结合黏弹性人工边界及相应的地震动等效输入技术,研究三维河谷场地放大效应对连续梁桥地震响应影响,并和一致激励、二维河谷场地效应进行比较.结果表明:较一致激励,三维河谷场地效应作用下,该类桥梁低墩较高墩对地震动的敏感性增大,且在墩高突变区域最为明显;较一致激励,多点激励下,三维河谷场地效应显著增大了多数桥墩、梁跨的位移和内力,且对墩高突变处低墩、梁跨的放大作用最为明显;较二维河谷场地效应,三维河谷场地效应减小山坡上所有观测值,增大谷底处墩底剪力、墩底弯矩、墩底轴力、墩顶位移,减小谷底处跨中纵向位移、跨中下弦杆和斜腹杆轴力,且在坡顶附近放大效应有所减弱,在谷底较厚低波速沉积层处地震动放大效应更为明显,因此实际处于复杂形状河谷场地结构进行抗震分析宜建立三维模型分析.     

顶推施工中临时墩位置对梁体制造误差的影响

根据连续梁桥顶推施工的特点和顶推过程中内力的变化规律,利用结构力学位移法建立简化的结构计算模型．采用该结构模型,分析了临时墩位置对梁体制造误差的影响,对临时墩位置与连续梁桥项推施工过程中梁段尾端转角之间的关系进行了推导和计算,得出了有利于减少梁体制造误差的理论上最优的临时墩位置,并以珠江大桥西桥为工程实例,验证了临时墩优化分析结果的正确性．     

考虑高墩二阶效应的简化迭代计算方法

为快速计算高墩侧移所致的二阶效应,在经典解析法的基础上,提出一种新的计算高墩二阶效应的简化迭代方法.根据高墩与上部结构的不同约束情况,推导建立相应的迭代计算公式.将简化迭代算法分别应用于一座高墩连续刚构桥和一座高墩连续梁桥算例中,并将计算结果与有限元法计算结果进行对比.结果表明,经过4次迭代计算后,本方法即可达到收敛条件;对于高墩连续刚构桥算例,墩顶水平位移和墩底弯矩的简化迭代计算结果与有限元模型计算结果的相对误差分别仅为-0.11%和-1.18%;对于高墩连续梁桥算例,两者相对误差分别仅为1.04%和1.02%.     

粘滞性阻尼器在高速铁路长联大跨连续梁中的应用

以杭州钱江铁路新桥主桥(45+65+14×80+65+45)m预应力混凝土连续箱梁为工程背景,利用有限元软件Midas/civil建立有限元模型。采用非线性时程分析方法计算设置粘滞性阻尼器前后墩底反力和墩顶位移的变化,从而评价粘滞性阻尼器对提升桥梁抗震性能的作用。结果表明:粘滞性阻尼器的合理设置可以减小制动墩内力,提升高速铁路长联大跨连续梁的抗震性能。     

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.     

高墩大跨连续刚构桥中跨合龙顶推力计算方法

 为合理确定高墩大跨连续刚构桥中跨合龙的顶推力,基于力法原理提出一种适用于单柱式墩连续刚构桥先边跨后中跨合龙的顶推力解析计算方法。以某三跨连续刚构桥施工工程为例,应用解析法计算先边跨后中跨合龙的顶推位移和顶推力,同时利用数值模拟法建立有限元模型,以消除5 年收缩徐变及合龙温差引起的墩顶水平位移为原则进行计算比较,并以工程实测结果进行验证。结果显示,解析法计算值、有限元计算值和实测值三者之间误差很小,解析法与有限元法计算误差小于10%,表明解析法具有较高的计算精度,能满足实际工程要求。     

连续梁桥规范支承长度设计方法比较评估

基于美国、日本,欧洲和我国规范的支承长度设计方法,针对我国连续梁桥的特点建立评估模型,通过参数分析对各国规范的支承长度设计方法进行了比较.美国、日本和欧洲抗震规范对于支承长度的设计都给出了详细的设计方法,而中国抗震规范仅给出了针对简支梁的一个最小支承长度公式.参数分析结果表明,各国规范的支承长度远大于由非线性时程方法得到的最大墩梁相对位移.     

滑动支座摩擦效应对连续梁桥地震响应影响

以1座跨度为(55+4×90+55)m的预应力混凝土变截面连续梁桥为研究对象,采用ANSYS软件建立桥梁动力分析模型.选取3条人工地震波作为地震动输入,基于动力非线性分析方法,考虑摩擦效应,分析盆式橡胶支座连续梁桥非固定墩的地震响应和支座的滞回性能,并与未考虑摩擦效应的地震响应进行比较.结果表明:非固定墩处的盆式橡胶支座在地震作用下形成了规则、饱满的滞回曲线,形状近似为矩形;相对未考虑盆式橡胶支座摩擦效应的模型,考虑支座滑动后,固定墩墩底顺桥向弯矩、剪力分别降低了25.91%、27.41%,固定墩墩顶顺桥向位移和非固定墩墩梁相对位移分别降低了26.15%、25.59%;对于多跨长联连续梁桥,滑动支座数量多且反力大,若不考虑滑动支座的摩擦耗能,桥梁结构地震响应结果偏大,抗震设计偏于保守.     

钢管混凝土格构式高墩连续梁桥抗震设计

以干海子特大桥为工程背景,选取不同的结构设计参数,包括墩高、柱肢坡度、轴压比、支主管管径比、平缀管竖向间距、柱肢含钢率、横撑道数、墩顶柱肢间距及柱肢截面形式,采用midas civil有限元软件构造34座三跨对称连续梁桥作为计算模型,进行E1弹性地震响应分析,研究结构设计参数对钢管混凝土格构式高墩连续梁桥抗震性能的影响规律和适用性,在此基础上进行全桥优化设计。计算结果表明,优化后的实桥模型可大大降低地震响应,改善结构内力分布。     

不同曲率下预应力斜墩曲线连续刚构桥施工过程变形分析

桥墩横向变形是曲线连续刚构桥产生径向位移和扭转变形的主要原因,为探究预应力斜墩对曲线连续刚构桥施工过程变形的影响规律,通过矩形斜墩在曲梁偏压和桥墩预应力作用下墩顶横向位移和转角计算公式的理论推导,阐释了预应力斜墩在曲线连续刚构桥悬臂施工过程中变形的主要规律;以实际工程为背景,通过不同曲率半径的曲线连续刚构桥数值模拟分析,研究了曲率半径对该类桥梁各施工荷载作用下空间变形的影响规律.结果表明:斜墩的斜腿构造和预应力对减小曲梁的径向位移和扭转变形作用明显;最大悬臂状态曲梁的径向位移和扭转变形由悬臂根部向悬臂端先增大后减小,且峰值随曲率半径的减小而向桥墩靠近;直线连续刚构桥的径向位移和扭转变形产生于桥墩的横向变形,而曲线连续刚构桥还包含了曲梁自身的径向位移和扭转变形.预应力斜墩曲线连续刚构桥施工过程变形复杂,桥梁施工控制尤其需要关注其径向变形和扭转变形.     

强震作用下连续梁桥多墩联合半主动控制

为了平均分配连续梁桥各墩的损伤,提出了一种多墩联合半主动控制算法.该控制算法在主动最优控制力的基础上,综合考虑连续梁桥各墩的损伤状态,通过调整阻尼器的目标出力,在主梁加速度和各桥墩的墩顶与主梁间相对位移得到控制的同时,使各桥墩的损伤指数平均分配.本文以一设置了磁流变(MR)阻尼器的3跨连续梁桥为研究对象,采用MATLAB进行数值模拟分析,对所提出的半主动控制算法进行了多种工况下的验证.计算结果表明,采用多墩联合半主动控制算法能够较好地控制桥梁的地震反应,同时有效降低破坏最严重的桥墩在强震过程中的损伤指数,达到各桥墩损伤平均分配的效果.