特大洪水对桥梁冲击的力学分析.
2007～2015年洪水导致垮塌桥梁的统计分析
2007～2015年洪水导致垮塌桥梁的统计分析刘亢;刘均利;余文成【摘要】洪水及其引起的河床冲刷一直是影响在役桥梁安全的重要因素,是造成在役桥梁垮塌的主要原因之一.对近十年来国内因洪水而垮塌桥梁事故的案例进行了调研和统计,总结和分析了桥梁因洪水倒塌的一般规律,发现因洪水倒塌的桥梁普遍设计标准低,基础埋深浅;病害严重,危桥占比高;桥位附近挖沙严重,破坏河床,加剧冲刷.基于此提出了相关对策建议,为桥梁的设计建设以及维护工作提供参考.【期刊名称】《城市道桥与防洪》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】3页(P90-92)【关键词】在役桥梁;洪水;垮塌案例;冲刷【作者】刘亢;刘均利;余文成【作者单位】招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆市400067;桂林理工大学,广西桂林541004;桂林理工大学,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】U445.7+5洪水冲刷掉桥墩基础周围岩土，使基础暴露于水中，减小桥梁的横向承载能力和桩基的抗屈曲承载能力，增大水流的横向冲击力[1]。
洪水及其诱发的泥石流、滑坡等一直是引起桥梁垮塌的主要原因之一。
Harik[2]等调查了1951～1988年美国垮塌的79座桥梁，有29座因洪水和基底冲刷等引起，占36.7%。
Wardhana[3]等研究发现，1989～2000年美国运营桥梁垮塌事故中，52.88%与水力因素有关，其中洪水冲垮的比例为32.80%，水流掏空基础的比例为15.51%。
Diaz[4]等对1986～2008年间哥伦比亚桥梁垮塌愿因进行分析，发现35%的混凝土桥梁垮塌是由冲刷引起的。
洪水引起的桥梁垮塌往往是整体性垮塌，是一种极其严重的安全事故，具有突然性，一般难以用检测来避免[5]。
加之，近年来全球变暖引起的极端天气现象频发，桥梁工程面临洪水破坏的风险也日益增加。
国内外学者对桥梁水毁进行了大量研究，侧重于水毁桥梁的破坏机理研究，而缺少对水毁桥梁的桥型、桥龄等一般规律的研究。
512汶川地震公路桥梁震害初步分析及对策
高墩桥梁的落梁风险大。
庙子坪岷江桥，高达70m的引桥发生落梁
灾区梁式桥的桥墩几乎均为双柱式桥墩,震害调查表明：双柱式桥墩是比独 柱墩相对好的桥墩形式
矩形独柱墩
矩形独柱墩的4座简支体系 桥梁，桥墩自身均未出现破 坏。矩形墩的表现均优于圆 形墩
如寿江大桥为矩形独柱墩， 虽然梁体移位严重，但下部 桥墩仍十分完好，只需对上 部梁体进行复位即可。
砸坏、挤压横移
将简支体系桥梁、连续梁桥、连续刚构桥均按梁式桥考虑。 汶川地震桥梁震害除极少数倒塌外，其他主要震害现象有：主梁移位和 落梁、桥墩震害、支座破坏、桥台破坏。
伸缩缝的破坏基本是由梁的移位过大引起，另外，由于震区地质条件的 特殊性，极少出现砂土液化对桥梁的震害现象，在此不再阐述。
1、倒塌
2、主梁移位和落梁
穿越地表活动断裂带及断裂带附近2km范围内的桥梁容易发生毁灭性破坏
映秀附近严重破坏桥梁与断层带的相互位置关系图
百花大桥距活动断层约1.0Km，第 五联桥整体垮塌，同时残存部分90％的 桥墩出现压溃现象
映秀顺河桥穿过中央断裂带，全部倒塌
G213线百花大桥跨塌的第五联桥
小渔洞桥穿越断层，两跨 垮塌，残余的两跨已报废
②墩柱箍筋是非常重要的。通过破坏桥墩的调查分析，无论墩柱直径大小， 无论是否是潜在塑性铰区域，箍筋体积配箍率0.048%～0.067%，远不能保证足够 的横向约束能力；
③墩身刚度突变处易产生震害； ④此次桥墩震害出现了深水桥墩开裂这一全新的桥墩震害现象。
4、支座破坏
白水溪桥支座破坏
支座破坏是桥梁上部结构中最常见 的一种破坏现象，梁的纵、横向位 移过大，导致支座破坏，在汶川地 震中，支座破坏主要表现为支座撕 裂、脱空及滑移。
洪水冲刷对重载铁路桥梁动力性能影响及加固技术
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背景针对洪水冲刷作用下的浅埋式桩基础桥梁开展冲刷对桥梁的动力性能影响规律和加固技术研究 结果表明洪水
冲刷引起桩基础出现不同程度外露进而导致桥墩及主梁动力响应增大随冲刷深度增加桥墩墩顶横向振幅和桥跨跨中
横向振幅等参数逐渐增大而桥墩自振频率逐渐降低桥墩振动增大直接导致主梁振动加剧墩顶横向振幅及梁跨跨中横
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特大洪水对桥梁冲击的力学分析
毕业论文题目特大洪水对桥梁冲击的力学分析学院（全称）土木建筑学院专业、年级理论与应用力学学生姓名吴禹学号指导教师李晓红论文评阅人前言桥梁是道路跨越河流的主要形式，它起到保障公路运输畅通和排泄洪水的作用。
至今桥梁水毁仍是世界各国桥梁破坏最主要的原因，而其水毁形式多样，有的冲毁桥墩、桥台导致上部结构破坏，有的冲断桥头路堤和流堤等调治构造物，中断交通，威胁两岸安全。
桥梁墩台是直接修建在河道或海湾之中的，一旦水毁，修复困难，后果也较严重[1]。
位于平昌县白衣镇的白衣大桥，在2007年该区域发生的百年一遇的“7.6”大洪灾中，桥墩在建造过程中因受到该洪水的冲击导致垮塌，该事件对社会产生了极大影响，并导致工程停工9个月。
这只是一个典型的例子，国内外其他地区发生桥梁水毁的事例不在少数。
因而人们对现代桥梁的水毁防治越来越重视，发生水毁的原因与如何避免桥梁结构发生水毁已成为国内外学术界、工程界研究的热点。
桥梁的水毁的防治应着眼于预防，避免水毁的发生。
对于绝大多数的桥梁这也是可以做到的。
要做好对桥梁的水毁防治工作，就先要全面深入的研究水流特别是洪水对桥梁产生的作用影响，这也是本课题的落脚点，通过对洪水冲击桥墩的力学性能分析，充分认识到受冲击的桥墩的受力情况、位移变形、受拉产生的裂缝及进行宽度计算，以此为基础，把握水毁本质，为水毁防治工作提供依据和采取的措施。
本文研究的重点在于以受到洪水冲击的白衣大桥桥墩为背景，建立桥墩的三维空间有限元模型，对其在四种不同荷载工况下的第一主应力、Mises等效应力、墩高方向的位移与全桥变形、前墩墩底的受拉区裂缝进行分析并计算桥墩失去承载能力的临界水流下的裂缝宽度，根据计算分析结果，找出威胁桥墩安全的主要因素，提出关于提高桥墩抵抗洪水冲击的建议与措施。
选定荷载、确定结构计算模式和结构分析计算是本文对洪水冲击作用下的桥墩进行分析计算的三个主要部分。
在这其中，通过相关资料的阅读，本文将桥墩分为施工状态和成桥状态，第三章分别分析了在这两种状态下应考虑的荷载及荷载组合，介绍了不同荷载的计算方法与公式；第四章，主要采用数值方法对桥墩进行了模型建立与计算求解。
綦江虹桥事故的简单力学分析
綦江虹桥事故的简单力学分析摘要：查找相关资料及新闻报道，针对綦江虹桥事故的原因，进行简单的力学分析，达到理论联系实际的目的。
关键词：綦江虹桥，力学分析，桥梁设计，焊接不合格1999年1月4日晚6时50分左右，重庆市綦江县城跨越綦江（长江支流）两岸、连接城东城西的“虹桥”在使用了2年零322天后，突然整体垮塌，包括18名年轻武警战士在内的40人遇难，直接经济损失600多万元。
1月8日，经事故调查组调查，彩虹桥突然垮塌是由两方面的原因造成的。
一是工程质量问题：彩虹桥的主要受力拱架钢管焊接质量不合格，存在严重缺陷，个别焊缝并有陈旧性裂痕；钢管内混凝土抗压强度不足，低于设计标号的三分之一；连接桥梁、桥面和拱架的拉索、锚具和镏片严重锈蚀。
二是工程承发包不合法：到8日止，事故调查组找不到工程设计专用章，设计手续不全，实际上是私人设计。
调查结果表明，彩虹桥垮塌，40人殒命的惨剧不是天灾，而是人祸。
在此，我们基于材料力学及其他力学的一些知识，仅从工程的角度对虹桥的从设计到垮塌的过程中出现的不合理处进行分析，以解释桥梁垮塌的原因，锻炼自己理论联系实际的力学分析能力。
以下从设计计算阶段，施工阶段，使用阶段三个方面来分析桥梁垮塌的原因。
1、设计计算阶段：桥的构造设计太粗糙，事先不做试验，建成后又不进行应力应变的观测，完全不重视科学方法，是造成事故的重要原因，以下指出虹桥设计上的一些力学问题。
(1)自重太大：綦江虹桥是提篮式钢管混凝土大跨度拱结构，河面宽140m，只采用一个大跨度结构，除开支墩，拱净跨120m，。
从力学观点看，河面太宽，必须采用连续或连续拱，否则自重会把它压垮。
虹桥拱座跨距120m,抛物线拱矢高24m,拱轴线弧长132.8m。
拱体自重，分别按钢材和混凝土所占体积计算，一片拱架自重达330t以上，提篮式双拱自重共达660t以上。
每端两个拱座相距6m，下承式桥面宽5m多，框架式梁板构造，由28根吊杆连接在拱上，连桥面装饰设备等，其重量至少在300-400t以上。
水对大跨桥梁力学行为的影响
海水对大跨桥梁力学行为影响的类型：
• (1)海水的化学作用 • (2)反复干湿的物理作用 • (3)盐份在混凝土中的结晶与聚集 • (4)海浪及悬浮物的机械磨损和冲击作用
• (5)混凝土内部钢筋腐蚀
• (6)严寒地区冻融循环的作用
海水的化学作用
• 自然界的水实际上是一种水溶液,它溶进了很多气体有O2、N2、CO2，还有NO、 NO2以及人类活动产生的各种非金属氧化物：煤、柴油燃烧产生的SO2、CO2等。这 些气体特别是SO2、NO2溶于水后都形成酸性较强的无机酸，因而造成了现在世界各 地普遍存在的酸雨。酸雨对水泥石和钢筋具有较强的腐蚀性。同时，水在流经土地 层时会溶进一些无机盐类，这些盐类也会对水工混凝土造成侵蚀。混凝土属多孔性 建筑材料，其孔隙结构来源于：水化过程中水份蒸发形成的微细孔隙；粗骨料与细 骨料和水泥石接触面不密实、砂石中含有的泥土或植物纤维，在混凝土内部留下透 水通道；混凝土养护不到位、温差大、干湿反复、受力不均等因素，均可使混凝土 产生裂缝；由于混凝土流动性差，加之振捣不足会在边角和钢筋密集区出现鼠洞。 因此，混凝土体在常压或加压条件下渗入水份，都将使机械强度降低。如长期浸泡， 情况更加严重。可见混凝土的孔隙率是随水灰比、施工水平、养护条件、受力状况 和周围环境等诸多条件而变化的。任何混凝土都不可能没有空隙。即使防水混凝土， 其外表面也需要用防水附加层加以保护。当含有大量的SO2、NO2、CO2、NaCl的水 溶液沿水泥石的孔隙进入混凝土后发生一系列化学反应、电化学反应及返盐、返碱 现象，钢筋混凝土破坏严重。
混凝土内部钢筋腐蚀
• 钢筋混凝土结构结合了钢筋和混凝土的优点，造价较低，在土建工程 中应用范围非常广泛。在钢筋混凝土结构中，钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构 过早被破坏的主要原因之一。新鲜混凝土是呈碱性的，其PH值一般大于 12.5，在此碱性环境中钢筋容易发生钝化作用，使钢筋表面产生一层钝化 膜，能阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳、水汽和氯离子等有害 物质从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时和混凝土材料中的碱性物质 中和，从而导致混凝土的PH值降低，钢筋表面的钝化膜就会被逐渐破坏， 钢筋就会发生锈蚀，并且随着锈蚀的加剧，会导致混凝土保护层开裂，钢 筋与混凝土之间的黏结力破坏，钢筋受力截面减少，结构强度降低等，从 而导致结构耐久性的降低。钢筋混凝土构件内钢筋的锈蚀需要三个条件： 钢筋表面碱性钝化膜破坏；必须产生电位差，使钢筋产生微电池腐蚀式大 电池腐蚀；必须具备水和氧。
桥梁洪水事故分析报告
桥梁洪水事故分析报告引言：桥梁作为人类的重要交通工程，承载着人们的出行需求。
然而，由于自然灾害的不可预测性，桥梁洪水事故时有发生。
本报告旨在对桥梁洪水事故进行深入分析，探讨事故原因和应对措施，为桥梁工程的安全运营提供参考。
一、事故概述：事故发生在某市一座横跨河流的桥梁上，由于长时间的暴雨导致河水水位急剧上升，桥梁被洪水冲毁，造成严重的交通中断和财产损失。
事故发生后，相关部门迅速展开抢修工作，桥梁最终在数月后恢复正常使用。
二、事故原因分析：1. 水利规划不合理：桥梁建设之初，没有充分考虑到河流的水位变化情况，而是仅以当时的水文资料为依据。
由于全球气候变化影响，暴雨频发，河水水位超过设计水位，导致桥梁无法承受洪水冲击力。
2. 桥梁结构强度不足：该桥梁结构设计未充分考虑洪水的冲击力，桥梁支座和基础设计不够坚固，无法经受洪水的冲刷。
在洪水冲击下，桥梁发生部分破损，导致桥梁整体崩溃。
3. 应急预警及时性不足：洪水来袭前，相关部门未及时发布预警信息，导致人们无法提前做好防范措施。
无法有效应对突发情况的出现，给抢修工作带来一定的困难。
三、事故应对措施：1. 水利规划优化：加强对河流水位变化的预测和分析，改变过去仅以历史水文资料为依据的做法，引入先进的气象预测技术，提高水文数据的准确性。
制定合理的水位预警标准，并将其纳入规划设计阶段，确保桥梁能够有效应对洪水的冲击。
2. 桥梁结构加固：加强对桥梁结构的力学性能分析，结合洪水冲击力，优化桥梁支座和基础设计。
选用高强度材料进行建造，增强桥梁的承载能力和抗洪能力。
3. 完善应急预警系统：建立完善的应急预警系统，及时发布洪水预警信息。
加强与气象、水利、交通等部门的协作，确保信息的及时传递。
同时，开展演练和培训，提高相关工作人员的应急处置能力。
四、结论与展望：桥梁洪水事故是一次重大的交通灾害，给人们的生活和工作带来了不便和损失。
通过对该事故进行深入分析，我们认识到水利规划、桥梁结构和应急预警等方面的问题需要得到重视和解决。
河流水流对桥梁结构的冲击响应分析
河流水流对桥梁结构的冲击响应分析桥梁作为交通的重要组成部分，承载着道路和铁路的通行，因此其结构的稳定性对于交通的安全至关重要。
然而，河流水流的冲击力对桥梁结构会产生一定的影响，可能导致结构的损坏和倒塌。
因此，对河流水流对桥梁结构的冲击响应进行分析和研究具有重要的意义。
1. 桥梁结构与水流冲击河流水流对桥梁结构的冲击主要表现为以下几个方面：（1）水流的冲击力：当水流经过桥梁时，会产生冲击力作用在桥梁结构上。
这种冲击力取决于水流的速度、水流与桥梁的相对位置以及水流的流动状态。
（2）水流的涡旋效应：水流在桥梁下游形成涡旋，对桥梁结构产生颠簸和冲击。
（3）水流的动力荷载：水流的动力荷载是指水流对桥梁结构产生的阻力和压力，其大小与水流的流速、流量和桥梁的形状有关。
2. 河流水流对桥梁结构的影响河流水流对桥梁结构的冲击会导致以下几种影响：（1）结构振动：水流的冲击力会引起桥梁结构的振动，从而对桥梁的稳定性和安全性产生影响。
（2）结构破坏：当水流的冲击力超过桥梁结构的承载能力时，可能会导致结构的破坏，如断裂、倾斜等。
（3）桥墩侵蚀：长期水流的冲击会导致桥墩表面的侵蚀和破坏，进一步削弱桥梁结构的稳定性。
3. 河流水流冲击响应分析方法为了准确评估河流水流对桥梁结构的冲击响应，可以采用以下方法进行分析：（1）数值模拟方法：利用计算流体力学（CFD）软件对水流与桥梁结构的相互作用进行模拟，得到水流对桥梁的压力、阻力和冲击力等参数。
（2）实验测试方法：在实验室或实际桥梁上搭建模型，通过模型试验得到水流对桥梁的冲击力和振动响应，进行测量和分析。
（3）现场监测方法：利用传感器和监测设备对桥梁结构进行实时监测，获取水流冲击对桥梁的动态响应数据，据此进行分析和评估。
4. 桥梁结构的抗冲击措施为了提高桥梁结构的抗冲击能力，可以采取以下措施：（1）合理设计：在桥梁结构的设计过程中应考虑水流冲击的影响，合理选择结构材料和断面形状，提高桥梁的抗冲击能力。
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关键词：洪水，桥墩，有限元，钢筋混凝土
In this paper, established three-dimensional finite element model for bridge pier by large general-purpose finite element calculation softwareansys. Focus of the stress, the Z-axis displacement, full-bridge deformation and crack width of concrete tensile zone study in different load cases. Calculation and analysis of bridge pier under the flood is mainly divided into three parts: select load, determine the structure of computing model,analysis and calculatestructure. This article describedin detail the loads and load combinations that should be considered in the flood environment,introduceddifferent load calculation methods and formulas; completedsimulation of reinforced concrete whichiscomposed of two different material by reasonable discrete structure way and completeda nonlinear analysis of the structure by delimiting related materials such as stress-strain relations and failure criteria. Mechanical properties analysis was carried out on the pier with different load cases, determined the critical flow velocities of the pier lost carrying capacity,and foundedtheir respective characteristics under different conditions. Finally put forward the recommendations and prevention measures on the pier with outbreaks of flood.
本文研究的重点在于以受到洪水冲击的白衣大桥桥墩为背景，建立桥墩的三维空间有限元模型，对其在四种不同荷载工况下的第一主应力、Mises等效应力、墩高方向的位移与全桥变形、前墩墩底的受拉区裂缝进行分析并计算桥墩失去承载能力的临界水流下的裂缝宽度，根据计算分析结果，找出威胁桥墩安全的主要因素，提出关于提高桥墩抵抗洪水冲击的建议与措施。
选定荷载、确定结构计算模式和结构分析计算是本文对洪水冲击作用下的桥墩进行分析计算的三个主要部分。在这其中，通过相关资料的阅读，本文将桥墩分为施工状态和成桥状态，第三章分别分析了在这两种状态下应考虑的荷载及荷载组合，介绍了不同荷载的计算方法与公式；第四章，主要采用数值方法对桥墩进行了模型建立与计算求解。在进行有限元分析时，本文通过合理的方式离散化结构，完成了对由钢筋和混凝土这两种性质迥异的材料组合的钢筋混凝土的模拟。其中考虑到本试验要模拟混凝土开裂的情况，本文通过在Ansys中对材料开裂强度、压碎强度及等效应力-应变关系的定义完成了对结构的非线性分析；第五章，文章对不同的工况，分别对桥墩进行了力学性能分析。确定了桥墩失去承载能力的临界水流速度，并对不同的工况下桥墩的力学性能进行了对比，找到了不同荷载组合下桥墩在失去承载力过程中各自的
毕业论文
题目特大洪水对桥梁冲击的力学分析
学院（全称）土木建筑学院
专业、年级理论与应用力学
学生姓名吴禹学号08460128
指导教师李晓红
论文评阅人
前言
桥梁是道路跨越河流的主要形式，它起到保障公路运输畅通和排泄洪水的作用。至今桥梁水毁仍是世界各国桥梁破坏最主要的原因，而其水毁形式多样，有的冲毁桥墩、桥台导致上部结构破坏，有的冲断桥头路堤和流堤等调治构造物，中断交通，威胁两岸安全。桥梁墩台是直接修建在河道或海湾之中的，一旦水毁，修复困难，后果也较严重[1]。位于平昌县白衣镇的白衣大桥，在2007年该区域发生的百年一遇的“7.6”大洪灾中，桥墩在建造过程中因受到该洪水的冲击导致垮塌，该事件对社会产生了极大影响，并导致工程停工9个月。这只是一个典型的例子，国内外其他地区发生桥梁水毁的事例不在少数。因而人们对现代桥梁的水毁防治越来越重视，发生水毁的原因与如何避免桥梁结构发生水毁已成为国内外学术界、工程界研究的热点。
特征。
本文比较清晰地书写了相关问题的模型建立、力学分析以及对此提供的建议与措施，为此类桥墩水毁问题的力学分析及防治提供了参考。
摘 要
本文以白衣大桥为背景，以大型通用有限元计算软件Ansys为平台，建立了桥墩的三维空间有限元模型，重点对其在不同荷载工况下的应力、Z轴方向位移、全桥变形、混凝土受拉区裂缝及裂缝宽度进行了研究。本文对洪水作用下的桥墩的分析计算主要分为三个部分：选定荷载、确定结构计算模式和结构分析计算。本文详细描述了洪水环境下应考虑的荷载及荷载组合，介绍了不同荷载的计算方法与公式；通过合理的方式离散化结构，完成了对由钢筋和混凝土这两种性质迥异的材料组合的钢筋混凝土的模拟，并且通过定义相关材料的等效应力-应变关系与破坏准则，完成了对结构的非线性分析；对不同的工况，分别对桥墩进行了力学性能分析并对其结果进行了对比，确定了桥墩失去承载能力的临界水流速度，找到了不同工况下桥墩在失去承载力过程中各自的特征；最后根据桥墩的力学分析结果，提出了关于桥墩水毁的建议及防治措施。