关键词： 地震响应   动力特性   振型模态   反应谱   动力弹塑性分析   多点激励   行波效应  

摘要： 高墩大跨连续刚构桥因其造价较低、施工方法成熟、具有较大的跨越能力在山区得到广泛的工程应用。高墩大跨连续刚构桥的静动力效应与常规的中、小跨径刚构桥相比,受到墩高比的影响,更具复杂性。我国西南地区处于地质活跃板块多地震灾害,这使得结构动力响应问题突出。而我国现有桥梁抗震设计规范条文对于高墩大跨的桥梁抗震细则仍需完善。因此,针对高墩大跨度刚构桥的地震响应进行深入分析研究是十分必要的。本文阐述了国内外高墩大跨刚构桥地震响应的研究现状和地震反应理论,并以乌公大桥(80+150×2+80)m连续刚构桥为研究背景,利用有限元软件对其进行地震响应分析,主要研究内容与成果如下:(1)基于有限元方法构建了墩底固结模型与桩-土-结构模型,分析了桩-土作用对高墩大跨连续刚构桥动力特性的影响,研究发现了桩-土作用导致原本参与低阶模态部分质量向高阶模态转移的规律。(2)采用反应谱方法开展了桥址处场地特征下的结构地震响应分析,得出了墩高比与系梁个数设置对于考虑桩土作用结构的地震响应的影响规律,提出了高墩大跨连续刚构桥合理的墩高比和系梁设置方式,为今后高墩大跨连续刚构桥的抗震设计提供参考。(3)开展了截面动力弹塑性分析,得到了不同地震动峰值下塑性铰产生位置以及其塑性发展规律。指出了结构在顺桥向的塑性铰相对于横桥向塑性铰具有更好的耗能效果,并通过分析不同地震动峰值的塑性变形,总结提出了矮墩的墩底和墩顶截面为抗震薄弱截面。(4)基于大质量法构建了多点激励模型,分析了考虑行波效应的纵波和横波对该桥结构响应的影响。研究发现了考虑行波效应的纵波和横波对各墩内力影响不同,纵波和横波均对矮墩内力影响较大的规律。

关键词： 超高墩大跨连续刚构桥   竖向碰撞   纵向碰撞   行波效应   地震响应  

摘要： 近年来,大跨连续刚构桥作为一种重要的桥梁形式在桥梁工程领域得到广泛的应用和快速的发展。大跨连续刚构桥桥墩一般较高,跨度较大,桥址区场地条件复杂,地震响应复杂,因此研究大跨连续刚构桥的地震反应特征就很有必要。目前对连续刚构桥在地震作用下边跨竖向的碰撞问题研究很少。本文以蔡家沟特大桥主桥部分的(80m+3×144m+80m)超高墩大跨连续刚构桥为实际工程背景,采用Midas/Civil建立超高墩大跨连续刚构桥的碰撞模型,研究该桥在地震作用下的梁端碰撞响应,分析梁端碰撞对桥梁地震响应的影响。本文主要研究内容如下:(1)以Imperial Valley波、Kobe波及Kocaeli波加速度时程作为输入地震动。研究一致激励下超高墩大跨连续刚构桥梁端竖向碰撞响应,分析竖向碰撞对该桥地震响应的影响;并对高墩大跨连续刚构桥分别进行一维和二维地震动激励,对比不同激励下的计算结果,分析激励方式对该桥梁端竖向碰撞响应的影响。(2)以Imperial Valley波、Kobe波及Kocaeli波X向分量位移时程作为输入地震动,采用位移输入法对高墩大跨连续刚构桥进行行波效应地震响应分析,对比一致激励计算结果,总结行波效应对梁端竖向碰撞响应的影响规律。(3)研究地震一致激励下超高墩大跨连续刚构桥主引桥梁端纵向碰撞响应,分析主引桥梁端纵向碰撞对该桥地震响应的影响。对该大跨连续刚构桥分别进行一维和二维地震动激励下的地震响应分析,并对计算结果进行对比,分析不同激励方式对主引桥梁端纵向碰撞响应的影响。(4)同时考虑梁端竖向碰撞和主引桥梁端纵向碰撞,分别与仅考虑竖向碰撞或纵向碰撞的计算结果进行对比,总结竖向碰撞与纵向碰撞间的相互影响规律。

关键词： 连续刚构桥   施工控制   流固耦合   动水压力   地震响应  

摘要： 随着西部大开发战略的实施,我国西南部地区的地形复杂,沟壑纵横,大跨连续刚构桥的建造也日益增多,为了跨越复杂地形,连续刚构桥的墩高也越来越高。悬臂浇筑施工法是该类桥型最常使用的施工方法之一。悬臂浇筑法施工中需要进行多次结构体系转换,为了施工安全以及成桥线形平顺、满足设计要求,进行桥梁施工控制是必不可少的。在地震作用下,深水结构与水的相互作用会对结构的动力特性产生不可忽略的影响,因此在设计及验算中都应该考虑。本文基于该类桥梁的特点以及施工安全性对长征沟大桥(63m+110m+63m)进行施工过程中的控制,同时基于该桥在正常使用期间位于水库区这一特点,对该桥在动水效应影响下的地震响应特点进行分析。主要研究内容如下:(1)对国内外高墩大跨连续刚构桥的施工控制的发展研究情况进行总结概括,同时简要介绍了深水桥梁地震响应的特点并列举了近些年国内外的研究成果。(2)利用MIDAS/Civil为工具,建立长征沟大桥的三维数值模型,进行施工各阶段的模拟,提取截面应力、立模标高等理论数值,以自适应控制理论为基础,基于最小二乘法控制方法,提前考虑各种影响施工控制的因素,指导现场施工,使得建成后的桥梁线形平顺,受力合理,误差均在规范允许的范围内,保证桥梁的施工质量可靠。(3)对现在使用较为广泛的动水效应研究方法进行了总结,基于本文的实际运用情况,对其中的代表性方法进行了详细阐述,为地震激励下墩-水耦合提供了理论基础和计算依据。(4)用ADINA软件作为建模工具,采用其中的势流体单元模拟水体,分别采用流固耦合原理和附加质量方法建立桥墩模型—势流体模型和附加质量模型,根据长征沟大桥场地类型等选择合适的地震波,分析在不同地震波作用下,受水体影响的桥墩的动力特性及地震响应。(5)利用势流体模型分析了不同水体深度对桥墩自振特性的影响程度,研究得到水体的存在会减小模型的自振频率,并且根据计算结果可以得到,模型周围水体高度越高,模型自振频率的降低程度越大。(6)在地震作用下,将采用公路抗震规范法的附加质量模型和采用势流体理论的模型的地震响应进行对比分析,两种方法得到的动力响应结果变化趋势是一致的,但两种结果的数值之间有较大的差异,附加质量法是偏于安全的。(7)以势流体模型的计算结果为基准,通过分析不同水体深度下桥墩模型的动力特性,对王宝喜简化公式法和公路抗震规范法的有效性进行对比验证,在不同水深下,公路规范法的误差率略高于王宝喜简化公式的误差率。

关键词： 高墩   连续刚构桥   施工控制   顶推力   徐变   剪力滞后效应  

摘要： 由于我国西部地形地貌,高墩大跨连续刚构桥逐渐成为桥梁建设的主要桥型之一。本文以国家高速公路榆蓝线陕西境黄龙至蒲城高速公路石堡川河特大桥为工程依托,首先对石堡川河特大桥进行施工监测监控,然后对本桥合龙顶推力的取值进行了计算及分析了合龙顶推对结构的影响,最后研究了悬臂施工阶段混凝土徐变对主梁剪力滞效应的影响。本文主要研究内容如下:(1)根据石堡川河特大桥的施工计划与施工方法建立石堡川河特大桥施工控制系统。采用Midas/Civil有限元软件建立施工过程的仿真模型,得到理论上的应力与线形,以此作为控制目标指导现场施工。将现场实测值与理论值进行对比分析,结果表明:在各梁块张拉后实测标高与理论标高最大相差9mm,与设计线形相符;各梁块预应力钢束张拉后实测应力与理论应力变化规律相符,符合悬臂施工阶段受力特征。(2)采用Midas/Civil有限元软件计算了石堡川河特大桥的顶推位移,探究影响顶推位移的因素。在仿真模型顶推位置处施加不同的水平推力,确定出顶推位移与顶推力的关系,从而计算出石堡川河特大桥的顶推力。通过合龙温差对顶推力的影响,计算出合龙温差导致调整的顶推力数值,综合墩顶纵向水平位移与合龙温差两项因素确定最终合龙顶推力。为相同类型桥梁顶推力计算提供参考。(3)研究了合龙顶推对石堡川河特大桥主墩偏位与主墩内力的影响,分析得到施加顶推力分别抵消了12#、13#、15#、16#墩72.5%、72.1%、65.4%、73.9%的纵向水平位移,14#墩保持不变;12#、13#、15#、16#墩墩底弯矩分别减少了39.1%、55.1%、48.7%、40.6%,14#墩未发生太大变化;12#、13#、15#、16#墩墩底最大组合应力分别减少了33.3%、21.2%、17.1%、27.6%,14#墩未发生太大变化;对各墩墩底轴力并未造成太大影响。由此说明合龙顶推的必要性。(4)针对主梁悬臂施工阶段,建立考虑混凝土徐变且混凝土加载龄期为7天、15天与不考虑混凝土徐变的ANSYS实体有限元模型。采用生死单元技术模拟施工过程,分析悬臂施工过程中徐变对剪力滞效应的影响。提取模型中悬臂根部截面顶板正应力,绘制横向正应力分布图,从整体趋势上看,考虑与不考虑混凝土徐变,悬臂根部截面顶板正应力在横向的分布大体一致。从数值上看,考虑混凝土徐变时,混凝土加载龄期从7天增大到15天,悬臂根部截面顶板正应力增大,最大增幅为6.43%;在不考虑混凝土徐变时,悬臂根部截面顶板正应力较混凝土加载龄期为15天的相比,最大增幅为7.86%,可见,不考虑混凝土徐变时悬臂根部截面正应力较考虑的大。不考虑混凝土徐变的情况下,在12#块结束时,在悬臂根部截面腹板与顶板交界处,剪力滞系数最大,较考虑混凝土徐变(加载龄期为7天)相比,最大剪力滞系数增大了1.4%,增幅不太明显。

关键词： 0#块   托架设计   施工技术   托架预压   高墩大跨刚构桥  

摘要： 大跨度高墩连续刚构桥建造工程的技术要求比较严格,标准比较高,因此在工程中常会使用悬臂灌注建造方法。其中,0#块为关键的基础结构,其不仅是全桥结构体系中不可或缺的一部分,还是后续结构得以高效施工的参照基准,因此切实提高0#块的施工质量至关重要。基于此,文章对0#块托架设计与施工技术展开了探讨,梳理了设计思路及关键的设计要点,并简要叙述了工程相关技术,借此为后续工作者提供参考。

关键词： 刚构-连续梁桥   易损性   时变地震易损性   氯离子侵蚀   混凝土碳化  

摘要： 回顾工程建设历程,能够轻易发现,相比于其他结构类型,混凝土是一种新兴结构,其发展至今也不过一百多年。尽管发展历程较短,但在工程结构中却有着至关重要的地位。截止今日,在土木工程领域中,无论是建筑领域,还是桥梁结构领域,钢筋混凝土都是应用最广泛的结构形式之一。目前世界在建桥梁中钢筋混凝土桥梁所占比重很大。在对桥梁结构力学性能研究历程中,发现:受环境、荷载以及结构内部的不确定因素的影响,混凝土结构在服役过程中其结构性能会不断变化,而这一损伤变化过程因影响材料退化因素的不确定性而变得极为复杂。针对桥梁抗震课题的全寿命周期地震易损性研究,本文以金水沟大桥为背景,采用MIDAS/Civil软件建立有限元模型,采用Origin、XTRACT、MATLAB软件进行数据分析,主要分析桥梁构件、系统易损性与混凝土碳化、钢筋锈蚀之间的相关性。其主要研究内容如下:1.依据算例桥梁的工程概况,基于MIDAS/Civil有限元软件建立的全桥三维有限元模型;简要介绍自振特性计算方法,在有限元软件MIDAS/Civil中对算例模型进行自振特性分析。2.根据算例桥梁所处的场地条件以及地震动特性从PEER地震动数据库中筛选出满足要求的15条地震波,对所选的地震波进行调整并输入非线性有限元模型中。3.分析不同的结构破坏准则的优缺点,选定合适的结构破坏准则,选取符合算例桥梁破坏特征的损伤指标,并借助XTRACT软件对桥墩进行弯矩-曲率分析,量化损伤指标。4.对算例桥梁进行增量动力分析,对所得数据进行对数线性回归分析,进而绘制构件易损性曲线。在得到桥墩、支座构件易损性超越概率的基础上,借助一阶界限估计法,绘制系统易损性曲线。5.依据本文桥梁所处的自然环境,对混凝土碳化进行了研究,得到算例桥梁在不同服役年限在混凝土碳化深度,并绘制出碳化深度随服役年限的时变曲线;对钢筋材料锈蚀进行了研究,得到箍筋、纵筋初始锈蚀时间。6.修改有限元模型中钢筋材料、混凝材料参数,并对各服役年限下的算例桥梁进行易损性分析,得到算例桥梁的构件、系统各服役年限下易损性曲线以及构件、系统全寿命周期的易损性曲面。

关键词： 连续刚构桥   施工过程   内力状态   等效荷载法   地震易损性   地震动持时  

摘要： 连续刚构桥跨越能力强、受力合理且整体性能良好,在跨越高山峡谷、深水河流时优势突出,因此在我国得到了广泛应用。大跨度连续刚构桥多采用悬臂施工法,施工工期较长,施工过程中各阶段的内力状态随结构自重、预应力和施工荷载等的逐渐施加而不断变化,且成桥后受预应力损失和混凝土收缩徐变的影响,使得某个阶段的内力状态将因考虑施工过程与否和混凝土收缩徐变而具有较大差异,该内力状态进而影响其地震反应分析结果的准确性。因此,本文以一座主桥为(120+220+120)m的3跨连续刚构、引桥为4×40m的4跨简支梁的非规则桥梁为背景,考虑其施工过程和收缩徐变对内力状态的影响,基于内力状态展开地震反应和地震易损性分析。主要研究工作如下:(1)为研究实际施工过程对连续刚构桥成桥内力状态的影响,以及不同成桥内力状态下主桥的地震反应差异,采用MIDAS/Civil建立施工阶段分析模型并得到不同成桥阶段的内力状态;基于等效荷载法提出适用于连续刚构桥的内力等效荷载计算公式,并计算得到主桥不同内力状态所对应的内力等效荷载;通过Open Sees建立全桥动力分析模型,并将得到的内力等效荷载施加于Open Sees动力分析模型,使其在动力分析中处于真实的内力状态;选取40组典型的速度脉冲型近断层地震动记录为输入,开展考虑施工过程与否和混凝土收缩徐变的非线性全桥动力时程分析。结果表明:采用所提出的内力等效荷载计算公式能够较为准确地计算和模拟出主桥的成桥内力状态;对连续刚构桥进行动力时程分析时,考虑施工过程和混凝土收缩徐变引起的内力状态,才能保证动力反应的正确性。(2)为研究连续刚构桥的内力状态对其施工阶段和成桥后地震易损性的影响,选取施工阶段典型的5个T型刚构和成桥初始阶段为研究对象,采用MIDAS/Civil进行施工阶段分析并得到各个施工阶段的内力状态;应用等效荷载法计算得到T型刚构的内力等效荷载,基于Open Sees建立考虑等效内力状态的动力分析模型。以典型施工阶段主梁根部、主墩墩顶及墩底的曲率延性系数为损伤评价指标,以位移延性系数为成桥初始阶段的损伤指标,计算得到划分不同损伤阶段的界限值;对比分析了考虑等效内力状态与否对T型刚构和成桥初始阶段地震易损性的影响,以及不同施工阶段之间地震易损性的差异和变化规律。结果表明:无论是典型施工阶段还是成桥初始阶段,若不考虑内力状态将严重低估其地震易损性。(3)为研究持时指标与非线性地震反应的相关性,采用具有连续时间段的括号持时和重要持时作为地震动持时指标,基于所建立的考虑内力状态的动力分析模型分析了总持时地震动作用下地震反应与持时指标的相关性;采用阈值为0.1g的括号持时(D)、5-75%重要持时(D)和5-95%重要持时(D)分别截取长持时地震动的记录时间,分析了不同持时指标对非线性地震反应的影响。结果表明:括号持时指标与非线性地震反应的相关性取决于绝对加速度阈值;重要持时与地震反应的相关性较括号持时更好,在计算连续刚构桥的滞回总耗能时宜选择指标D;另外,采用不同指标D、D和D分别得到的最大绝对地震反应和滞回总耗能不相同,这取决于不同持时指标下有效记录时间的大小。

关键词： 高墩大跨   连续刚构桥   有限元法   静力性能   主应力   剪力滞效应  

摘要： 为研究墩梁刚度比对高墩大跨连续刚构桥静力性能的影响,本文以坞家湾大桥主桥为工程背景,基于MIDAS/Civil和MIDAS/FEA平台分别建立全桥和零号块局部空间有限元实体模型,分析了不同墩梁刚度比对该桥静力性能的影响,以期为相同类型桥梁的设计提供有效参考。

关键词： 泥石流   连续刚构桥   数值模拟   冲击作用   参数分析  

摘要： 作为公路工程中较为常见的地质灾害,泥石流尤其在地震、暴雨、暴雪后频频发生,其易发区域主要分布于我国西南山区。采用架设桥梁跨越泥石流区的方式常作为山区公路建设的最优选择之一,由于山区地形较为多样,地势起伏大,常采用大跨高墩连续刚构桥这种桥型,那么就不可避免会遇到泥石流冲击桥梁的问题。当泥石流作用严重时,会导致下部结构发生破损甚至倾覆。为了确保泥石流发生后桥梁等结构物还能具有足够的可靠度,开展大跨高墩连续刚构桥在泥石流冲击作用下的力学响应研究具有重要的理论意义和工程应用价值。为此本文研究内容如下:(1)首先概述了泥石流对桥梁的危害方式以及研究现状,指出当前研究中存在的问题。论文接着介绍了泥石流流变特性中流速、冲击力等参数的计算方法、泥石流运动模型以及流体与固体计算理论。(2)结合云南某高速公路上的一座连续刚构桥为实际工程背景,以双向流固耦合理论为理论指导,采用宾汉体模型对浆体进行模拟,通过CFD软件Fluent建立泥石流浆体作用连续刚构桥耦合分析模型,分析流域范围内浆体的分布特点与运动规律,在此基础上考虑荷载参数中流速与黏度、结构参数中墩截面形式与系梁设置等参数的变化对结构的力学响应与损伤特点的影响。(3)基于赫兹碰撞理论与能量守恒定律,采用刚性体模拟块石,运用Workbench中LS-DYNA计算板块对泥石流大块石作用连续刚构桥进行碰撞分析,探讨大块石物理属性中的初始冲击速度与体积质量、结构物承载能力中的混凝土强度等因素的变化对结构动力响应与损伤破坏的影响,论文最后将浆体与块石对结构的动力响应结果进行分析对比。主要结论如下:液相浆体是使结构发生变形的主要因素,块石影响较小;速度较大时,单个固相块石的冲击力就已经超过浆体的整体作用。本文通过对泥石流-结构相互作用下的大跨高墩连续刚构桥动力响应进行研究,最终得出了连续刚构桥在泥石流作用下的桥梁结构力学响应与损伤特点,进而有针对性地提出相应的安防措施,降低了桥梁在泥石流冲击作用下出现落梁、倾覆甚至坍塌的风险,为泥石流易发区的桥梁结构设计和施工提供了一定的参考和借鉴意义。

关键词： 连续刚构桥   高墩   大跨   结构分析  

摘要： 山区高速公路的修建日益增多,高墩大跨连续刚构桥在山区地形桥梁建设中得到了广泛应用。文章以在建广西乐业至望谟高速公路运赖大桥作为工程背景,运用Midas Civil建立了全桥有限元模型并进行了静力分析、稳定性分析、抗风及抗震分析,希望能对同类型桥梁的结构分析提供借鉴。