橋墩
關注創建者：解素成 創建時間：2015-12-15
橋墩的視頻教程
自復位橋墩OpenSees建模與擬靜力分析、動力分析（含復現代碼）
在這個課程中，你可以： 1、快速入門自復位橋墩的OpenSees建模。 2、掌握自復位橋墩建模中的材料本構、單元類型定義方法。 3、對自復位橋墩中的難點問題重點逐個擊破。（零長度單元，接縫，預應力筋張拉力定義等等） 4、掌握輸出定義。 購買后的小伙伴可以加我QQ：1078430057，提供增值答疑服務，手把手教你寫論文。
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ABAQUS內置屈曲約束耗能鋼棒與碳纖維布加固的預應力混凝土橋墩滯回性能模擬—東南大學學位論文復現
本論文復現在無粘結預應力混凝土橋墩的底部安裝耗能鋼棒，并后澆混凝土對鋼棒形成約束，為防止混凝土過早脫落在橋墩底部包裹碳纖維布，鋼棒耗能機理類似BRB。有限元分析與試驗結果對比表明： 1、破壞形態與試驗吻合，均在橋墩底部發生混凝土壓潰； 2、滯回曲線與試驗吻合，并發生明顯捏縮。 后續教學需有一定基礎，針對模型關鍵細節進行講解（例如接觸、屈曲耗能、捏縮）。
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鋼管混凝土橋墩滯回分析 ——碩士學位論文復現
本次視頻復現了重慶交通大學某篇碩士學位論文中鋼管混凝土橋墩滯回性能分析（龐彪. 圓鋼管混凝土橋墩抗震性能試驗研究[D]. 重慶交通大學, 2012.）模型較為簡單，需考慮鋼管與混凝土接觸的粘結滑移效應。 模擬結果表明： 1.破壞形態與試驗結果吻合； 2.滯回曲線與試驗曲線一致，出現捏縮； 3.骨架曲線與試驗結果一致，出現下降段。
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橋墩的實例教程
橋墩與橋面接觸面積為什么這么小？
發現很多高架橋包括武廣高鐵的高架，橋墩做的很大，但與橋面接觸的地方，卻變成了一個很小的像墊片一樣的東西。這是為什么？不是說面積越大，壓強越小的么？
如果不用橡膠支座，或者其它類型的支座，而是連成一個整體，比如我們上面這個兩跨的公路橋。那么會有什么問題呢？或者說，為什么橋面和橋墩之間非得墊個支座呢？
想象一下我們圖中的這輛小卡車行駛在橋面上，這輛卡車的重量會對橋梁造成什么影響呢？
當卡車在左邊這跨的時候，橋梁會變成上面這樣；一會兒行駛到右面那跨了，橋梁又變成下面這樣了。
當然，我畫的是非常非常夸張的示意圖，只是為了方便大家理解。事實上，橋梁的確會發生這樣的變形，只是幅度非常小，可能肉眼無法分辨，但橋面和橋墩的確會受彎變形。或者簡單說，橋面在上下擺動，橋墩在左右擺動。
同樣，我們知道材料會熱脹冷縮。外界的溫度變化會對這樣的橋梁造成什么影響呢？
受熱膨脹，橋面有向外變長的趨勢，造成外面的橋墩向外彎曲；受冷收縮，橋面有向內變短的趨勢，造成外面的橋墩向內彎曲。在一年四季、晝夜交替的溫度變化下，橋墩也是在反復受彎擺動。
我們知道，橋墩軸向拉壓是要好過受彎的。類似于，你很容易掰斷筷子，但是很難拉斷或者壓斷筷子。
因為壓斷很難、掰斷相對容易，所以我們要盡量避免橋墩被「掰斷」。我們上面的這座橋梁，在車輛重量、溫度變化的作用下，橋墩一直在左右擺動，或者說，一直在被向左或者向右「掰彎」。而這種情況，正是我們想要盡量避免的。
那怎么避免呢？不如試試下面這種。
橋面和橋墩分開，中間用支座隔開。中間橋墩上的三角形支座，代表橋面可以在這里自由旋轉，但是不能移動；兩邊橋墩上的圓形支座，代表橋面可以在這里自由旋轉，外加可以左右移動。
為什么三個不都弄圓形的呢？
展開 從圖4可以看出，爆炸沖擊波在橋墩面板處發生反射和繞射，并在橋墩面板出現爆坑之后進入空心橋墩內部繼續傳播，隨后到達橋墩背板，首先在背板中心處出現應力集中。沖擊波到達背板后向兩側繼續傳播，在背板和側板交界棱處出現應力集中并發生發射，隨后背板中心處出現第二次應力集中。橋墩的最終破壞情況如圖5，正對炸藥中心的混凝土破壞最嚴重，出現較大爆坑，混凝土基本全部剝離，且在爆坑周圍出現多條向四周延伸的裂紋。在橋墩側面，靠近迎爆面的部分混凝土剝離，混凝土破壞面呈弧形，也出現多條向四周延伸的裂紋。橋墩背爆面相對破壞較小，與炸藥同一高度處也出現了爆坑，中心混凝土剝離，內部鋼筋露出，裂紋向四周延伸。
圖3 應力波在橋墩迎爆面的傳播
圖4 沖擊波在空氣中傳播過程
圖5 無掛板橋墩破壞情況
4.2 有掛板防護
安裝掛板防護橋墩在受到爆炸荷載作用時，沖擊波首先作用于掛板面板，芯層吸收一部分能量后通過載荷傳遞將芯層壓縮力作用于橋墩。掛板面板為厚度為1cm的鋼板，芯層厚度10cm，為泡沫混凝土填充蜂窩，準靜態壓縮下其應力應變曲線如圖6所示。橋墩的破壞情況如圖7所示，對比圖4可以看出，在有掛板防護作用下，橋墩的損傷程度顯著降低。使用Measure對正對炸藥的橋墩爆坑面積進行測量。無掛板防護橋墩迎爆面混凝土剝落面積約為44200cm2，安裝掛板情況下，相同位置混凝土剝落面積約為22550cm2，面積減小了49%。掛板的防護機理為：爆炸沖擊波首先作用于掛板面板，面板獲得動能，隨后面板開始對泡沫芯層進行壓縮。在壓縮過程中，掛板傳遞給橋墩的荷載為芯層壓潰力，因而在掛板破壞前傳遞給橋墩的荷載較小。在近場爆炸荷載作用下，輕質掛板發生局部破壞，在破壞過程中，掛板通過鋼面板的塑性變形、斷裂和芯層壓縮吸收了大量能量，因而降低被保護橋墩的損傷。
展開 水流在沖刷坑前緣分離，并在橋墩前重新匯合，形成馬蹄渦，這在模擬與實驗中均清晰可見。根據這些結果，使用FLOW-3D數值模型進行的沖刷模擬是準確預測橋墩沖刷深度和橋墩周圍流場的首選方法。
圖10. Melville繪制的30分鐘橋墩周圍流速等值線圖
圖11. 通過數值模擬得到的30分鐘時橋墩周圍流速分布的等值線圖
5. 結論
本研究旨在驗證該數值模擬在預測橋墩沖刷深度演化方面的有效性。通過比較FLOW-3D數值模型和Melville實驗模型沖刷30分鐘的結果，得出了驗證結論。沖刷坑最大深度的誤差率為10%，這一觀測結果表明數值和實驗之間具有良好的驗證性，因此數值模擬成功地再現了沖刷深度。根據這些結果，數值模型FLOW-3D被認為是模擬和預測橋墩周圍沖刷深度和流場的有效工具。
了解更多細節，可參考以下原文鏈接：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/745/1/012150/pdf
展開 說回這次”撞橋墩”事故的主角，11770E登陸艇吧。雖然其貌不揚，但這款被稱為”山羚羊”的高速登陸艇的確能做到”高速”，這是因為其船底應用了和氣墊艇類似的氣體減阻技術，在實際應用中”減輕”了該艇對水面的壓力，使得這艘自重100噸的登陸艇能載著40噸的載荷狂奔出30節的時速
圖為疾行中的11770E登陸艇，可見其艇艏大大突出于水面。
那么，這就意味著排水量本就不大的11770E登陸艇，其在水面高速行駛時并不是”游”，而更像是”滑”過水面。而11770E登陸艇在經過冬宮大橋的橋墩時，由于航線規劃或前方大型艦艇尾流干擾的關系，使得其距離橋墩過近，至此”船吸效應”的所有條件滿足，11770E登陸艇和橋墩之間的河水流動速度遠超其它方位，因此河水會很自然地將11770E登陸艇往橋墩的位置推動，任憑艇長如何扭動船舵都只能是使無用功。
因此，我們可以從實例和推斷中得出結論：俄海軍節閱兵式上的11770E登陸艇撞橋墩，并不是艦長主觀層面上的責任。當然，航線和尾流規劃等細節暴露出來的俄海軍管理薄弱問題，其實要遠比”艦長喝酒”嚴重得多。
展開 【1】 技術背景
本次設計針對水面上部橋墩的結構，應用背景為橋梁工程。結構應用過程中承受車輛通行出現的移動荷載，橋面自重產生的豎向均布荷載及連接處的水平荷載共同作用，不斷變化的風荷載，以及水流對地面橋墩的沖擊力產生的彎矩扭矩等荷載作用，此時橋墩會產生微小的壓彎及扭轉變形。而通常情況下，我們根據普通規范所做的設計，并不會對結構用料進行過詳細的考慮。但為保證橋梁的安全使用，結構用料往往會溢出，從而造成一定程度的浪費。
為了更好的優化結構受力及結構傳力性能，本案例對結構進行優化設計。
【2】 模型資料
模型使用中承受來自固定方向的風荷載，對橋面向風的產生的均布荷載荷載作用，橋梁兩端會有連接壓力，同時也會的對橋整體產生一定的扭矩作用，水中橋墩部分會有來自水流的沖擊力作用，以及最重要的來自橋自重產生的壓力和其上方的車輛產生的移動荷載作用，分別作用在橋板的側面位置和正上方位置，橋墩正前方以及橋墩底部位置等。
本次分析模型針對結構的橋墩部分，其模型見下圖CAD的三視圖：
圖一
圖二
圖三
在上方的模型三視圖中，按照了1：100的比例進行縮小，采用1200*160*30（mm）的橋板，四角為中間是40*40*100的正方體加底面是半徑為28.3高30的圓柱體的橋墩，橋梁中間是用一個0.5*60*40*130的菱形四棱柱，窄向朝前。
【3】 建模及分析過程
1.
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此時，多臺便攜式動態信號數據采集系統可以組成分布式網絡，各個采集儀分別部署在橋梁的不同位置，如橋墩、橋身、橋面等關鍵部位，基于GPS同步或IRIG同步，同時對橋梁在各種工況下（如車輛通行、風力作用、溫度變化等）的振動、應力、變形等信號進行同步采集。
設計備選方案
三面迷宮堰 / 線性迷宮堰 / 弧形迷宮堰
應用FLOW-3D HYDRO， Freese and Nichols的工程師能夠：
? 制定流量定額曲線
? 確定導流墻高度
? 評估橋墩對堰過流能力的影響
? 確認消力池內水躍的有效控制
4 橋墩受力云圖
導入波浪仿真動畫。
波浪云圖
表面壓力云圖
通過建立1000噸級船舶精細化有限元模型、混凝土橋墩三維實體模型以及鋼覆復合材料防撞裝置多尺度耦合模型，模擬了船舶-防撞裝置-橋墩系統的碰撞動力學行為。重點分析了碰撞過程中防撞裝置的動態響應特性，獲取了碰撞力時程曲線、能量吸收分布及結構損傷演變規律。研究揭示了鋼覆層與復合材料芯層的協同耗能機制，量化了防撞裝置對碰撞沖擊力的衰減效果，明確了結構塑性變形、復合材料分層破壞等損傷模式的空間分布特征。
水流在沖刷坑前緣分離，并在橋墩前重新匯合，形成馬蹄渦，這在模擬與實驗中均清晰可見。根據這些結果，使用FLOW-3D數值模型進行的沖刷模擬是準確預測橋墩沖刷深度和橋墩周圍流場的首選方法。
圖10. Melville繪制的30分鐘橋墩周圍流速等值線圖
圖11. 通過數值模擬得到的30分鐘時橋墩周圍流速分布的等值線圖
5.
請注意最左側海灣惡劣的進水條件和橋墩漫頂的影響。
John Hart大壩 - 溢洪道優化
John Hart混凝土大壩將進行改造，包括一個新的自由頂溢洪道，位于現有的閘門溢洪道和目前正在建設的低水位出口結構之間。通過使用FLOW-3D HYDRO的系統優化流程，對擬建溢洪道的設計進行了重大改進。
自由頂溢洪道的初步設計是基于工程水力設計指南。
主要內容包括：
（1）120m連續鋼混組合梁橋模型（實體單元+殼單元+梁單元+栓釘建模細節、支座建模細節、橋墩建模細節）；
（2）空間整車模型，可考慮車體豎向，俯仰和側傾振動加速度；
（3）車橋耦合振動分析程序（可以修改車速，車重和路面不平整度）；
（4）結果提取程序，可以提取橋梁任意節點位移時程曲線，加速度時程曲線，車輛多個方向動力響應。
③橋梁建模：包括標準簡支梁、橋墩、支座等的建立與裝配。
3.網格劃分與連接設置：介紹各部件的網格劃分技術，以及軌道橋梁內部連接的搭建方法。
4.邊界條件與不平順設置：設置仿真分析的邊界條件，并考慮軌道不平順對仿真結果的影響。
5.仿真計算與結果后處理：進行仿真計算，并介紹結果后處理的方法，包括數據提取、結果解讀等。
可觀察到，事故后第8、9跨上部結構垮塌，8#號橋墩毀壞。其中，第8跨主梁及8#號橋墩已不可見，第9跨主梁在靠近9#號橋墩位置處發生斷裂，橋身一部分落入水中，而靠近9#號橋墩部分翹起。
此事件的發生讓人們警醒，對橋梁工作環境、車輛荷載、主橋線性、斜拉索力、主塔沉降和偏位、主梁應力和振動等進行實時監測。
4.繪制拱橋的橋墩和橋臺，這些結構支撐著拱橋的拱形。橋墩和橋臺的形狀和尺寸應該與拱橋的拱形相匹配，確保整體結構穩固。
5.在橋面輪廓上添加細節，比如欄桿、支撐結構、行車道等。根據設計要求，可能需要繪制橋梁上的道路標線、行人過街設施等。
6.根據設計要求，選擇適當的材料和紋理，比如混凝土、磚石、鋼材等。
