关键词： 连续刚构桥   动载试验   自振特性   动力响应  

摘要： 以云南昌宁至永平公路昌宁县城~四季利河段某高墩大跨连续刚构桥为工程背景,论述了该桥的动载试验内容与方法,并对试验结果进行了分析,结果表明:该桥振型正常,未出现变异,前三阶竖向弯曲自振频率实测值分别为0.586Hz、0.986Hz和1.343Hz,与计算自振频率的比值介于0.99~1.03之间,说明该桥刚度基本正常,但存在导致刚度降低的损伤或病害。该桥第一阶竖向振型的阻尼比为0.017,小于0.05,在同类桥梁中处于正常范围;在无障碍跑车4个工况下,该桥冲击系数为0.04~0.10,动加速度为0.038~0.153m/s2,可满足行车舒适性要求,冲击系数、动加速度均与车速无明显的正相关性,动加速度与冲击系数之间也无明显的正相关性;在刹车动荷载作用下,该桥的动力加速度大于无障碍跑车。

关键词： BIM   桥梁管养   系统开发   信息可视化  

摘要： BIM技术当前在桥梁工程的前期勘察、设计和施工中均已有所应用,但是在后期管养与维护中的应用仍有待进一步探索。以双福高速公路桐山溪特大桥为例,基于高墩大跨连续刚构桥长期性能监测的需求,提出了高墩大跨连续刚构桥的BIM信息管养一体化系统组织架构,并分别从结构的总体管养信息、设计与施工信息、监测信息与养护信息的角度出发,形成了较为完整的高墩大跨连续刚构桥管养信息的可视化方法,为BIM技术在桥梁管理和养护中的应用积累经验。

关键词： 连续刚构桥   静风稳定性   Fluent   三分力系数   扭转发散   横向稳定  

摘要： 为评估大跨高墩连续刚构桥抗风稳定性,同时为大跨高墩连续刚构桥抗风设计提供有效依据,以某连续刚构桥为依托,评估其静风稳定性能。采用Fluent软件计算各截面二分力系数及不同风速下桥梁各截面的静风荷载;并将静风荷载施加于有限元模型,计算了成桥状态和最大双悬臂状态下的扭转角,评估了其静风稳定性能。结果表明:不同风速作用下结构扭转角都非常小,不会发生扭转发散;最大双悬臂施工状态下横桥向气动阻力系数大于4,结构不会出现横向失稳。因此,对于一般连续刚构桥静风稳定问题不是控制连续刚构桥设计的关键因素。

关键词： 连续刚构桥   抗震性能分析   反应谱分析法   静力弹塑性Pushover  

摘要： 本文针对在不同因素影响下连续刚构桥的抗震性能问题,以某连续刚构桥为依托工程,以Midas有限元软件为主要工具,利用反应谱分析法,对连续刚构桥的抗震性能进行了系统的研究与探讨,主要工作如下:首先详细阐述进行地震反应分析的理论基础,基于依托工程,根据规范,对该工程进行静力验算和抗震验算;然后在强度验算符合规范要求后,以水体深度、桩土效应、桥墩形式（单、双薄壁墩）为变化参数,针对这三种变化参数分别设计对比模型,研究水体深度、桩土效应、桥墩形式对结构的动力特性影响;最后基于依托工程,采用不同加载方式对结构进行静力弹塑性分析,并对结构的抗震性能进行评估,主要结论如下:（1）随着水深的增加,结构的自振频率将减小,地震响应会增大,且结构的高阶振型对水深更加敏感;（2）若不考虑桩土效应而直接采用墩底固结模型,此时的计算结果将会过于保守,造成资源浪费;（3）结果表明采用双薄壁空心墩可以有效减小结构顺桥向的地震响应,但对改善结构横向抗震性能无明显作用;（4）Pushover分析中,SRSS加载法与倒三角加载法计算得出的剪力在顺桥向差异较小,而在横桥向差异较大。

关键词： 连续刚构桥   施工期   可靠性   敏感性分析   安全与质量控制  

摘要： 大型复杂桥梁工程的施工一般具有建设规模大、施工周期长、内部结构复杂、外部联系广泛等特点,这些特点决定了项目在建设阶段必然存在很多不确定因素,这些不定性因素会对桥梁施工期可靠性产生不同程度的影响,如果对某些影响程度高的不利因素考虑不周或处理不当,会导致安全或质量事故发生。深入开展桥梁工程施工期可靠性研究,确保桥梁结构在施工阶段具有足够的安全储备,提高工程施工质量,对于建设综合交通运输体系、促进国民经济发展、构建和谐社会具有重要意义。本文以310国道三门峡西至豫陕界段南移新建工程中的弘农涧特大桥为依托,在对现有规范及相关文献深入研究的基础上,对高墩大跨连续刚构桥各施工阶段的可靠性进行了研究,并取得以下主要成果:(1)密切结合连续刚构桥的设计、构造和施工特点,全面、系统地分析了影响高墩大跨连续刚构桥施工期结构抗力(承载力)的影响因素,并将其归纳为材料性能、结构几何尺寸、抗力计算模式三个主要方面。(2)针对弘农涧特大桥的设计方案和施工工艺流程,对连续刚构桥施工期各主体结构的受力特点、破坏形式等进行了分析,分别建立了桩基、桥墩、主梁在最不利工况下的抗力模型和作用效应模型,为桥梁施工期可靠性分析奠定了基础。(3)以弘农涧特大桥(高墩大跨连续刚构桥)为研究对象,基于各施工阶段结构的抗力及作用效应模型,分别建立了桥梁桩基、桥墩、主梁施工期的可靠性功能函数,采用JC法计算出了桥梁施工期各阶段的可靠指标,实现了对施工期桥梁施工安全的定量评价。本例评价结果表明:本工程施工期各阶段主体结构具有足够的安全储备。(4)基于结构可靠性理论,对桥梁各施工阶段影响结构可靠性的因素进行了敏感性分析,确定了不同施工阶段影响结构施工安全和施工质量的关键因素,依据敏感性分析结果提出了有利于提高各施工阶段施工质量与安全水平的建议。

关键词： 高墩大跨连续刚构桥   地震响应   碰撞效应   OpenSees   参数分析  

摘要： 随着我国基础设施建设力度加大,更多的公路、铁路延伸至西部地区,高墩大跨连续刚构桥梁以其跨越高山、深谷的独特优势,广泛应用于西部公路建设中。然而,西部地区地震频发,这也给高墩大跨桥梁设计带来不小的困难和挑战。结合既往的震害表明,高墩大跨连续刚构桥相邻梁体间易出现碰撞破坏。碰撞是高度非线性的行为,且在模拟过程中伴随的影响因素众多。因此,本文结合已有的研究基础,以我国西部地区典型高墩大跨连续刚构桥-多联引桥为研究对象,考虑梁体间的碰撞效应,分析碰撞行为对桥梁结构的影响,总结一般性规律。主要研究内容如下:(1)总结国内外高墩大跨连续刚构桥的抗震研究现状,并重点关注伸缩缝间梁体的碰撞效应研究,且数值模拟的过程中考虑水对结构的作用,总结动水压力的研究现状,为进一步的研究工作奠定基础。(2)以我国西南地区某典型高墩连续刚构桥-多联引桥为工程背景,利用Open Sees有限元软件,建立全桥的有限元分析模型;输入地震波,并考虑主桥墩、主桥两侧过渡墩的流固耦合效应以及墩柱的非线性。结果表明,考虑水对结构的作用,地震响应明显,尤其是空心墩内外部均有水的工况下,流固耦合效应更为明显。(3)考虑梁体间碰撞效应,在伸缩缝处设置碰撞单元,进行全桥模型的碰撞地震响应分析。结果表明,考虑伸缩缝处碰撞效应对主桥墩的受力有利,表现为:主墩墩顶、墩底的弯矩、剪力均有相应的减小;过渡墩墩顶、墩底的弯矩、剪力无明显变化;碰撞会对各过渡墩处的支座位移产生较大影响,并增加引桥过渡墩落梁的可能性。(4)结合碰撞分析的结果,选取碰撞刚度和初始间隙进行参数分析。结果表明,碰撞刚度的变化会显著改变各伸缩缝处的碰撞力,且碰撞力峰值随碰撞刚度的增大而增大;碰撞刚度变化对主桥墩的受力影响较小;碰撞刚度的增大会显著增大支座顺桥向的位移,尤其是对右联引桥各过渡墩支座及右桥台支座的顺桥向位移影响较大,会增大落梁风险。初始间隙的变化会影响各伸缩缝处的碰撞力,且碰撞力峰值随初始间隙的增大均有减小的趋势;初始间隙变化对主桥墩的受力影响较小;初始间隙过小会显著增大支座顺桥向的正向位移,尤其是对右联引桥各过渡墩支座及右桥台支座的正向位移影响较大。最后根据所得规律对碰撞刚度和初始间隙的设计值提供一定的建议。

关键词： 大跨度连续刚构桥   高墩稳定   非线性稳定性   施工监控  

摘要： 我国的交通运输事业发展快速,高墩大跨度连续刚构桥因适用于山区峡谷的复杂地貌而得到普遍的应用。而稳定性问题在高墩大跨度连续刚构桥这一桥型中凸显出来。本文以实际工程(65+120+65)m高墩大跨度连续刚构桥为研究对象,使用有限元软件MIDAS/Civil研究该桥在施工及成桥状态的高墩稳定性的问题,并指导场地施工、线形监控和应力监控。主要研究内容与结论如下:(1)简单介绍了国内外桥梁监控和高墩稳定的研究现状,简单介绍了两类稳定问题,即分支点失稳和极值点失稳。阐述了稳定性的判别准则和评价标准。介绍了稳定性问题的有限元分析方法和非线性方程的求解方法。(2)使用有限元软件MIDAS/Civil建立桥梁的仿真模型。借助仿真模型对桥梁的裸墩状态、最大悬臂状态和成桥状态的稳定性进行了分析。得出最不利状态是最大悬臂状态。同时对模型进行几何非线性分析,计算得到几何非线性的稳定性特征值均小于线性稳定性特征值,更加接近工程实际情况。探讨了主墩及主梁混凝土强度、混凝土容重、桥墩壁厚、墩高及初始缺陷等因素对该桥稳定性的影响规律,对该类型桥梁的设计提供了参考。(3)总结了施工监控的基本理论内容和方法,使用MIDAS/Civil有限元模型重点对几个关键施工阶段的应力分布结果进行了计算分析,得出预拱度结果。并分析对比各影响施工控制设计参数的敏感性。将理论计算得到的应力、挠度与现场实测数据进行对比分析。结果表示理论计算值与实测值契合程度较好,验证了模型的正确性。工程能够顺利合龙,线形、受力也都满足设计要求。

关键词： 汶川地震   庙子坪特大桥   高墩大跨连续刚构桥   箱梁开裂   震害分析   地震破坏模式  

摘要： 我国已建有大量高墩大跨连续刚构桥,尤其是在西部高地震烈度地区。国内外经受过地震考验的高墩大跨连续刚构桥不多,其中庙子坪特大桥主桥主梁在汶川地震中出现了较严重的开裂震害,熊本地震中阿苏长杨大桥也出现了类似的开裂震害。与简支梁桥或连续梁桥使用支座连接主梁和桥墩不同,刚构桥的主梁和桥墩为刚接,强地震下主梁与桥墩共同承受一定的地震力。目前国内外规范对高墩大跨连续刚构桥主梁抗震规定尚属空白,对其在强烈地震下的反应行为也研究较少。因此,本文对汶川地震中庙子坪特大桥主桥的震害进行了详细的数值模拟研究,主要研究内容如下:（1）建立了庙子坪特大桥主桥联合施工的地震反应分析有限元模型。模拟悬臂施工阶段以准确获取主梁初始内（应）力。应力模拟计算与施工现场监测结果对比一致,并结合主桥自振特性实际测试结果,验证了建模的准确性。选取桥址附近8个台站实测的汶川强震动记录及常用的El Centro、Taft波,作为时程分析的地震波。（2）庙子坪特大桥主桥时程分析结果显示,不同地震波输入下得到的主梁高应力区与震害吻合较为一致,且受过渡墩处边界条件假设影响较小,预示箱梁开裂震害不属于个别现象。箱梁主墩处、边中跨合龙段处顶板,边跨1/6–1/2及中跨1/4–3/4区域处腹板,边中跨合龙段及其相邻2–3个节段处底板,在地震中易出现高拉应力或压应力区。初步估计了纵向预应力筋在地震时应力增加接近100 MPa。（3）考虑主桥过渡墩处挡块破坏后,跨中的拉、压应力减小,而墩梁固结处拉、压应力增加,桥墩的最大扭矩减小约30%。考虑支座仅受压特性后,边跨顶板最大拉应力减小约5 MPa,边跨底板、腹板压应力减小约6 MPa,边跨主梁扭矩减小75%,墩底纵桥向弯矩降低约50%。预示这种破坏行为对桥梁主体结构抗震是有利的。不同地震动输入方向下主梁应力响应差异较大,对高墩大跨连续刚构桥涉及主梁破坏行为的抗震分析时地震动必须以三向地震动方式输入。在过渡墩处设置双向摩擦摆支座,可在一定程度减小跨中腹板的主拉、压应力。同时还可以控制主梁边跨在过渡墩处较大位移反应,是比较有效的控制高墩大跨连续刚构桥地震损伤的减震措施。（4）引入另外两座桥讨论高墩大跨连续刚构桥地震破坏模式问题。假设经历与庙子坪特大桥相同的地震动作用,两座大桥均存在主梁开裂的可能,对比发现墩高对主梁应力影响最大,跨度其次。主墩越高,跨度越大,主梁的（主）拉、（主）压应力越大。主梁开裂发生时,支座存在破坏可能,墩底也易开裂,可能屈服。

关键词： 曲线刚构桥   合龙顺序   温度   合龙段受力   顶推力  

摘要： 连续刚构桥因其结构受力简明、施工技术成熟、抗震性能良好、行车平稳舒适等诸多优点而被我国广泛应用于桥梁建设工程中,而曲线型连续刚构桥较直线型而言布置更为灵活、适应地形能力强、受施工场地限制条件少,因此在我国高速公路的匝道、城市的高架桥和立交桥以及山地丘陵等地区随处可见。合龙顺序的确定和合龙段的施工质量是曲线刚构桥设计及施工的关键环节,其对主梁的成桥恒载内力影响重大。由于曲线型桥梁的受力更为复杂、影响因素众多,现有的研究主要是针对直线型桥梁的合龙顺序及合龙段施工的相关问题进行研究,对桥墩较高的大跨曲线型连续刚构桥研究较少。本文将以高墩大跨曲线连续刚构桥—乌公大桥主桥为工程背景,对桥梁合龙时的几个关键问题展开分析研究,完成的主要工作和成果有:(1)通过查阅相关资料,总结了曲线刚构桥的发展历程,对刚构桥的合龙顺序及合龙段施工的关键问题做了相关研究,简要阐述了其构造特点和常见的理论分析方法。(2)利用有限元分析软件MIDAS/Civil分别建立了先边跨后中跨的逐次合龙顺序和边中跨同时合龙顺序的结构有限元模型来研究合龙顺序对乌公大桥主桥的影响;同时为探讨曲率半径对不同合龙顺序曲线刚构桥的受力及变形影响规律,在不改变其他参数下以1000m、500m为曲率半径来建模分析研究。(3)将原设计中的边中跨逐次合龙顺序变更为多跨同时合龙顺序后,原设计中的合龙顶推力也应做相应调整。运用MIDAS/Civil建立顶推力模型,基于影响矩阵法和最小二乘法的原理,以十年收缩徐变后桥墩处于垂直状态无偏位为目标函数,采用MATLAB程序计算出最优顶推力,研究发现在优化后的顶推力作用下成桥十年后主墩处于有利的轴心受压状态。(4)采用大型有限元分析软件ANSYS通过梁单元与实体单元组合建模的方式对主桥结构进行建模分析,研究了四跨同时合龙浇筑的合龙段混凝土在凝结硬化过程中由于环境温度的变化对其造成的受力影响。研究发现在温度荷载下边跨合龙段混凝土的受力大于中跨,且应力最大值出现在边跨合龙段箱梁的顶板底部中央和翼缘板端部位置,最后针对温度变化的问题提出相应解决对策。

关键词： 高墩连续刚构桥   温度效应   温度梯度   施工悬臂体系   稳定性  

摘要： 由于我国国土辽阔、地形复杂,气候类型多样,桥梁结构的温度场受太阳辐射、气象条件和地理位置等因素影响,即使是相同类型的桥梁,其温度场的分布也会有较大的变化。针对某一特定地区的研究成果未必适用于其他地区,因此在实际工程应用中,对特殊地理环境下的桥梁温度场及其温度效应展开深入研究具有重要意义。福建省地处东南沿海地区,境内山地、丘陵面积约占全省总面积的90%,随着全省高速公路建设的发展,出现了越来越多的高墩大跨桥梁。此类桥梁在施工过程中,尤其当结构处于大悬臂状态,结构的初始几何缺陷、梁体上不对称的施工荷载、风荷载和几何非线性等因素可能对施工过程体系的稳定性产生不利影响,故对高墩桥梁的施工体系稳定性的展开深入研究显得十分必要的。本文以后亭溪大桥为工程背景,通过安装温度场实时监测系统,连续采集混凝土箱梁的实测温度数据,分析了箱梁温度场的分布规律,借此开展了其对桥梁的施工体系稳定性的影响研究。主要的研究工作和成果如下:1.对后亭溪大桥预应力混凝土箱梁混凝土浇筑后的水化热温度场进行连续观测,选取两种典型天气情况下的温度数据,对比分析了两个不同位置截面箱梁顶板、腹板、底板温度随时间的变化规律,结果表明:（1）同一截面各测点的温度几乎同时到达峰值,但混凝土局部尺寸大小对混凝土水化热温度场变化有显著影响,混凝土局部尺寸越小,到达水化热测点峰值温度的时间越短;（2）箱梁截面不同位置处的混凝土凝结硬化过程中水化热产生的混凝土最大温差存在较大的差别,箱梁腹板中部混凝土最大温差明显高于顶板和底板内的混凝土,局部最大温差为21.78℃,混凝土浇筑后20～24h混凝土最大拉应变已达到100με,产生类似于大体积混凝土温度裂缝的可能性很大,在施工过程中应引起重视。2.日照作用对箱梁温度场影响显著,向阳侧腹板温度明显较背阳侧高。腹板横向温度曲线近似呈现对称分布。中间腹板由于混凝土保温隔热作用,温度变化较小。腹板厚度方向尺寸对腹板横向温度曲线有一定影响,随着腹板厚度减小,温度差出现降低。混凝土箱梁受太阳辐射位置不同影响,腹板横向和底板横向两侧面温差小于箱梁中间与两侧温差即T1 2>T13,而截面竖向温差T1 213。将高温季节最大温度梯度数据作为分析对象,基于极值统计方法对箱梁温度场实测值进行统计分析。研究表明,通过对实测数据统计分析得到的箱梁最不利温度梯度曲线,可获得适合该地区的温度梯度曲线。通过对比不同地区的温度梯度曲线可知,规范中对温度梯度曲线的规定不能完全符合各个地区的实际情况,应根据箱梁的实测数据,求得准确的箱梁温度梯度曲线。3.利用Midas Civil软件建立全桥模型,并对桥梁结构进行静力分析,同时针对该桥处于结构最不利状态条件时,在各种荷载工况组合影响下,对结构进行第一类线弹性稳定分析,结果表明该桥结构受力合理,符合规范要求,有足够的安全储备。在静力分析的结果上,进一步考虑了高墩体系几何非线性对结构的影响,计算得到的荷载系数为16.51,与线弹性稳定系数17.64相比,稳定系数下降了6.41%。在此基础上,进一步探讨了考虑非线性影响时初始几何缺陷对桥梁悬臂施工体系稳定性的影响,将其影响结果与前文所求得相应的稳定系数进行对比,结果表明当计及几何非线性时,初始几何缺陷对桥梁施工悬臂体系稳定系数影响明显,最大降幅可达27.90%,因此,在施工中应对高墩的垂直度进行严格把控,以符合规范要求。4.研究结果表明桥墩的墩高越大,对非线性温度场的敏感程度越高。而当墩高较小时,非线性温度场对结构的稳定安全系数影响较小,引起的变化值为10%左右。同时结果表明在温度场的影响下,跨径越大的桥梁,其结构稳定安全系数下降降幅越大。因此对高墩大跨桥梁在非线性温度场的影响应该引起足够重视,在设计中应对其进行充分考虑。