关键词： 连续刚构桥   脉动风数值模拟   三分力系数   静阵风荷载   风致振动  

摘要： 近些年来,我国的桥梁建设事业蓬勃发展,连续刚构桥因其特有的优越性成为了一种很受欢迎的桥型,加之技术的不断进步,连续刚构桥朝着高墩大跨的方向不断迈进,其抗风问题日益显著,特别是在最大悬臂阶段它的整体刚度较小,风荷载对其有较为显著的影响,因此对此类连续刚构桥进行抗风分析是很有必要的,本文以电站二号大桥为依托,主要包括以下几方面的内容:(1)针对缺乏桥址处风速观测资料的情况,可利用数值模拟的方法间接获取桥址处的脉动风速。本文基于线性滤波法,通过MATLAB编制了桥址处脉动风速时程的模拟程序,对比了模拟谱与目标谱的功率谱曲线,二者拟合良好,表明在没有桥址处风速观测资料的时候,使用这种方法进行脉动风速的模拟是合理可行的。(2)基于计算流体力学的方法,利用FLUENT软件计算在不同风攻角作用下主梁跨中截面和悬臂根部截面的三分力系数,并提取其流场特征分布图,然后分析了风攻角和截面高度对截面三分力系数的影响规律。(3)根据《公路桥梁抗风设计规范》中的规定和建议,计算出桥址处的设计基准风速、施工阶段的设计风速、静阵风风速以及静阵风荷载。使用有限元软件ANSYS建立了电站二号大桥最大悬臂阶段和成桥阶段的有限元模型,并对这两种模型进行了动力特性分析,判断出最不利抗风阶段为最大悬臂阶段。(4)针对最大悬臂阶段进行抗风性分析,采用三种不利的静风荷载形式分别对其进行加载,计算得到悬臂根部和墩底截面的内力,进而得知静风荷载的影响是不可忽略的;然后对最大悬臂阶段的颤振稳定性、涡激振动以及驰振稳定性进行了初步的分析计算,结果表明不会出现这几种风致振动现象,在此可以不考虑风的动力作用。

关键词： 组合式桥墩   面外稳定系数   面内稳定系数   合理分界点  

摘要： 在桥梁建设的发展过程中,由于桥墩失稳丧失承载能力而引起桥梁垮塌和人员伤亡的事故时有发生,因此桥梁的稳定性对桥梁的安全有重要影响。在许多地形较为复杂的地域的桥型设计时,高墩大跨连续刚构桥凭借其优点而被广泛采用。国内外学者对连续刚构桥独柱式墩与双肢薄壁墩的稳定性能非常重视,但是对上部为双薄壁、下部为空心薄壁的组合形式高墩的研究相对较少。本文将以默戎高架桥组合形式桥墩为研究对象,对连续刚构桥组合形式高墩的面内面外稳定性能与组合式高墩合理分界点做重点分析,本文主要内容为:(1)总结高墩大跨连续刚构桥的结构特点与高墩常用截面形式分类;阐述国内外高墩大跨连续刚构桥的发展现状、国内外关于桥梁结构理论的现状研究,对高墩连续刚构桥主要特征与发展具体的认识。(2)概括高墩大跨连续刚构桥的稳定理论,阐述桥梁结构的两类稳定问题,并总结独柱式墩稳定性分析理论与双肢薄壁墩的稳定性分析理论,为下文组合式桥墩的稳定分析理论打下基础。(3)以默戎高架桥为研究对象,利用midas Civil建立其有限元分析模型,考虑8#最高裸墩状态稳定性分析中可能出现的荷载,通过其荷载组合,得到各个荷载工况下最高裸墩阶段的面内面外稳定性能,从而验证默戎高架桥裸墩的稳定性能。(4)基于能量法原理的瑞立-里兹法计算得到面内面外屈曲系数计算公式,并将得到的组合式桥墩面内、面外稳定系数计算所得的值与midas Civil有限元分析软件所得值相比较以验证公式的准确性,综合探讨默戎高架桥组合形式桥墩面内面外稳定性能。(5)基于面内面外稳定系数相等这一理论,确定组合形式高墩面内、面外失稳的临界点,并由此推导出默戎高架桥组合式桥墩下部墩及上部双薄壁墩合理分界点位置计算公式。(6)探讨默戎高架桥组合形式桥墩高度、系梁道数和桥墩壁厚、结构缺陷对桥墩面内面外稳定性能及组合式高墩合理分界点的影响,获得了有益的结论,并给出了相应的施工控制的措施。

关键词： 库区   高墩大跨连续刚构桥   设计   施工  

摘要： 改革开放以来,我国交通现代化进程日益加快,规划兴建了众多大型水利工程建设项目和桥梁工程建设项目,这些工程为改善地方交通起到了重要作用。然而一些偏远地区因自然条件恶劣,如水域难以跨越等原因仍处于交通不便状态,因此,研究跨库区、跨水域的深水桥梁的设计与施工具有重要的实践意义。本文依托雅砻江两河口水电站库区复建坝前跨库大桥专项工程,开展了对库区高墩大跨连续刚构桥的设计与施工研究。两河口跨库大桥位于两河口水电站水库内,是衔接两条复建县道的重要干线枢纽,在库区复建交通网络及库周交通网络中都有着举足轻重的作用。论文首先对高墩大跨连续刚构桥的国内外研究现状进行了分析,对两河口跨库大桥设计中遇到的典型库区水环境的影响问题进行了分析,对库区桥梁环境的特殊性、库区桥梁设计中应注意的问题进行了讨论。运用桥梁结构分析的有限元理论,对高墩大跨连续刚构桥设计中的静动力行为进行了分析,对墩身施工和连续主梁施工临时支架工艺技术方案等问题进行了研究,采用MIDAS/CIVIL 2012进行相应结构实体模型分析,设计了临时支撑方案。论文着重介绍了库区高墩大跨连续刚构桥的设计与施工方法,为其它相似工程提供借鉴。

关键词： 大跨连续刚构桥   双肢薄壁高墩   模型试验   低周反复荷载   抗推承载能力  

摘要： 西部地区,由于受到地形条件的限制,公路桥梁须跨越陡峭的峡谷,双肢薄壁高墩大跨连续刚构桥是深沟等复杂地形条件下的理想桥型。目前,国内外学者对大跨连续刚构桥开展了大量的研究,研究成果相对成熟,但对大跨连续刚构桥双肢薄壁高墩的拟静力性能和抗推极限承载力的研究相对较少。本文以张家界太极溪特大桥主桥施工监控为工程背景,以12#墩为研究对象,设计制作1:16的缩尺模型,对双肢薄壁高墩的拟静力性能和抗推极限承载力进行试验研究。其主要内容如下:(1)以结构模型试验基本理论为基础,根据量纲分析法推导出集中荷载作用下,模型与原型相似的应力、应变、位移相似关系。以张家界太极溪特大桥主桥12#墩为研究对象制作试验模型。并根据试验目的设计试验加载方案、试验荷载工况,以及测试断面、测点布置和测试方案。(2)利用有限元分析软件MIDAS/CIVIL2016对实桥进行有限元分析,得出实桥墩在不同工况作用下墩底截面、墩横系梁截面的应变理论值,墩顶截面的位移理论值,所得到的应变理论值和位移理论值与施工监控的实测值作对比,得知墩底截面和墩横系梁截面的应变监控实测值以及墩顶截面的位移监控实测值均小于理论计算值,且监控实测值与计算值变化趋势基本一致。(3)根据实桥悬臂施工过程的实际受力工况设计模型墩的试验加载工况,对模型墩进行低周反复荷载试验,并在试验过程中观测试件的裂缝开展情况及整个破坏模式。将有限元模型计算得到的理论数据与试验数据以及试验墩试验数据与原桥墩监测数据进行对比。并且从破坏特征、滞回曲线、耗能性能、骨架曲线和刚度退化特性方面进行分析,得知双肢薄壁高墩的受力性能和破坏机理。(4)利用有限元软件ANSYS建立空间有限元模型求解模型墩抗推极限承载力,并通过模型试验对比分析,得知试验墩抗推极限承载力的试验值与计算值基本相一致,且误差相对较小。将试验墩计算结果与试验结果进行相似比还原,再与原桥桥墩计算结果进行比较,发现其吻合度相对较高。(5)最后,综合试验数据和理论计算数据得出了结论,提出有待研究的问题。

关键词： 非对称   高墩大跨连续刚构桥   反应谱法   时程分析法   桩土相互作用  

摘要： 非对称高墩大跨连续刚构桥由于其优异的经济性能和较强的地形适应能力已经成为我国跨越峡谷深涧地区的首选桥型,但是由于其本身复杂的结构特性其地震响应呈现较为特殊的规律。因此对于该种桥型进行地震响应特性研究具有十分重要的意义。本文围绕非对称高墩大跨连续刚构桥地震响应特性展开研究,主要研究工作如下:1.归纳总结常见桥梁地震灾害以及桥梁抗震分析理论,对比分析不同抗震分析计算方法的优缺点及国内外桥梁抗震设防标准;2.建立某非对称高墩大跨连续刚构桥有限元模型,在自振特性分析的基础上对结构进行一致地震作用下的反应谱和动力时程分析,探讨不同地震工况下的结构地震响应特性;3.以桥墩高差和边中跨比参数为研究对象建立多种非对称高墩大跨连续刚构桥有限元模型,分析地震作用下结构关键截面的地震响应,根据响应结果对相应参数影响进行探讨;4.以非对称和对称高墩大跨连续刚构桥为分析对象,考虑对称与非对称桩土相互作用形式建立多种结构模型,分析各模型在设计地震作用下的动力时程响应,研究对称和非对称结构在考虑不同桩土相互作用形式的地震响应特性。

关键词： 山区高墩桥梁   连续刚构桥   有限元分析   反应谱   线性时程  

摘要： 本文以某山区铁路高墩大跨连续刚构桥作为背景,运用有限元分析软件MidasCivil和Midas FEA建立桥梁的有限元分析模型,进行山区铁路高墩大跨连续刚构桥的静动力性能研究分析,主要研究内容如下:建立工程背景桥梁杆系有限元分析模型,进行施工阶段和使用阶段全桥受力分析研究,并对施工阶段和使用阶段荷载组合情况下主梁和桥墩的受力性能进行总结。对工程背景桥梁的自振特性进行计算分析,利用反应谱分析法、线性时程分析法以及非线性时程分析法对工程背景桥梁在地震作用下内力响应和位移响应结果进行分析,并将反应谱分析法与线性时程分析法的地震动响应结果进行对比;同时对工程背景桥梁在考虑行波效应时的动力响应情况进行了分析总结。建立最大悬臂状态和使用阶段最不利荷载工况下的0号块实体局部分析模型,进行0号块细部分析,分析0号块在施工阶段最大悬臂状态下和使用阶段最不利荷载组合情况下的受力状态。通过改变大跨度连续刚构桥的墩高参数,系统的进行了大跨度连续刚构桥在不同墩高和墩高差下地震响应的敏感性分析。

关键词： 深水库区   连续刚构桥   高桥墩   地震响应   动水压力   设计参数  

摘要： 随着我国交通事业的发展,大跨连续刚构桥得到了越来越广泛的运用,其中许多连续刚构桥在跨越海洋、水库、湖泊、深水河涧时桥墩入水深度很大。我国位于环太平洋地震带与欧亚地震带之间,地震断裂带十分活跃,因此研究深水高墩大跨连续刚构桥的抗震性能具有重要的理论意义和应用价值。本文以某深水库区高墩大跨连续刚构桥为工程背景,利用有限元软件,对该桥在不同工况下的地震响应进行了分析。首先,分别分析了不考虑动水压力和桩土相互作用、考虑动水压力但不考虑桩土相互作用、同时考虑动水压力和桩土相互作用三种情况下结构的自振特性和地震响应,对比分析结果表明深水高墩大跨连续刚构桥计算分析时考虑动水压力及桩土相互作用具有必要性。其次,在同时考虑动水压力和桩土相互作用的基础上,分别改变桥位场地水深和土质参数,进行地震动时程分析,对比研究了水深及基础地质条件对结构地震响应的影响。研究表明:水深对桥梁自振特性和地震响应具有明显影响;桥梁不同位置地震响应的最不利水深不尽相同;高墩大跨连续钢构桥基础为群桩基础时,其地震响应对桥位地质状况敏感度相对较低。最后,在同时考虑动水压力和桩土相互作用的基础上,改变所有桥墩横向坡度、边墩刚度和边墩墩顶阻尼器设置三项桥梁结构自身布置设计参数,进行地震动时程分析,对比研究相应结构布置参数对桥梁的自震特性及组合激励下结构地震响应的影响。研究结果表明:同时改变各桥墩截面对结构抗震性能具有一定的影响;调整边墩截面尺寸至某一合理值,能较大程度改善结构抗震性能,有效防止地震时边墩上梁体掉落,且大多数连续钢构桥边墩高度相对较低,提高边墩刚度具有经济性和可行性;在边墩墩顶布置横桥向阻尼能显著改善结构横桥向抗震性。本文研究结果可为同类型的深水高墩大跨连续刚构桥设计提供一定的参考。

关键词： 桥梁工程   抗震可靠度   支持向量机   连续刚构桥   随机振动   均匀设计  

摘要： 随着我国交通基础设施建设事业高速发展,高墩大跨连续刚构桥的修建越来越多,其中又有很大一部分位于地震活跃地带。而特大桥梁一般都处于交通要道,其抗震性能必然是工程师们十分关注的问题。基于此,本文综合考虑了桥梁结构参数随机性和地震动激励随机性的影响,利用ANSYS软件建立了桥梁结构模型并计算出地震响应,通过MATLAB平台编制计算程序计算了高墩大跨连续刚构桥在地震作用下的失效概率。并以一座主跨180m的连续刚构桥为工程背景进行抗震可靠度分析,结果表明本文方法可以有效计算复杂桥梁结构的抗震可靠度。本文主要做了如下工作:(1)运用ANSYS软件建立桥梁有限元模型,选取合理的地震动加速度功率谱模型作为地震输入,并根据工程实际选取合适的功率谱模型参数,运用随机振动理论对桥梁有限元模型进行分析,得到桥梁在地震作用下的响应功率谱。(2)通过对比各国各地区抗震规范,选取合理的桥梁失效准则,通过随机振动理论和首次超越准则计算得到了连续刚构桥在地震作用下的失效概率,为基于性能的抗震设计提供了依据。(3)通过支持向量回归建立起结构参数与桥梁结构失效概率的对应关系,基于连续型随机变量的全概率公式编写失效概率计算程序,得到桥梁结构在双重随机性下的失效概率,考虑了桥梁自身结构参数不确定性对可靠度计算的影响,使得计算结果更符合桥梁结构的真实状态。

关键词： 高墩   大跨   连续刚构桥梁   悬臂浇筑   挂篮施工  

摘要： 近些年随着经济的不断发展,桥梁建设同样得到突飞猛进的发展,预应力混凝土连续刚构桥因特有优势脱颖而出,相较于其他桥梁其行车方面拥有更高的舒适度,造价相对较为经济,同时桥梁的施工方面也较为简便。主跨100至300 m桥型设计中其已然成为了不二选择。然而在其进行悬臂相关施工时,浇筑完成的梁段其线形在今后的施工工程中是没法进行调节的,为确保桥梁能够顺利合龙,建成之后其线形能够达到设计要求,内力控制不超出规定范围,桥梁进行正式施工时一定要加强施工控制工作。因此,对预应力混凝土连续刚构桥的施工工艺进行研究是很有必要的。本文以二郎河特大桥为例,针对高墩大跨连续刚构桥在建造施工时技术上所遇到的重难点问题进行了着重探究,同时加以分析总结。本文的主要研究方法是,通过现场试验及有限元数值仿真分析对桥梁施工过程进行研究,完成工作如下:(1)薄壁高墩采用翻模和外包提升架施工工艺;高墩翻模板的相关定位工作是通过将激光垂准仪以及高精度全站仪二者结合来实现的,同时经由相关数据进行分析,通过它们二者间的相互校对核准,保证高墩达到要求的垂直度;(2)借助MIDAS CIVIL 2010有限元计算软件实现整体建模,进而探究分析挂篮施工、0#块托架以及墩梁临时固结等施工过程,在受力的相关计算上达到可靠、全面、合理,确保使用最佳;(3)利用MIDAS CIVIL 2010有限元计算软件建模计算,掌握箱梁和桥墩施工阶段的受力情况,对其理论受力进行分析,同现场实际所测的数据进行对比,对两组数据实现双控,保证桥梁结构的安全性及线形受控;(4)合龙次序的调整及优化,在顺序上按照中跨-边跨-边跨合龙,不但可以使边跨不平衡悬臂浇筑段的问题得以解决,而且能够使上部箱梁施工提升进度。该论文的研究具有一定的现实意义,根据分析可以提出一些高墩大跨连续刚构梁桥的施工控制措施,为今后的施工提供理论依据。

关键词： 大跨刚构桥   高墩   近场地震   远场地震   地震响应  

摘要： 随着铁路路网的继续发展和不断完善,复杂地形下的铁路高墩大跨连续刚构桥不断涌现。若桥梁靠近活动断层,其地震风险会大大增加,而既有对近场地震作用下铁路高墩大跨度连续刚构桥的研究仍较少,因此,有必要对铁路高墩大跨度连续钢构桥的近场地震响应特性进行研究,为此类桥梁的抗震设计以及相关规范修编提供参考。本文以某铁路高墩大跨连续刚构桥为背景,分别建立无车和有车(考虑桥梁结构上部列车活载)全桥有限元模型,对比分析了两种桥梁模型的自振特性,并对其进行了反应谱法分析和弹塑性动力时程分析;以考虑桥梁上部活载的全桥模型为对象,研宄了铁路高墩大跨刚构桥梁在远场地震动和近场脉冲型地震动下的地震响应特性,并对不同脉冲参数下桥梁的响应进行了对比分析。论文主要开展了以下研究工作:(1)以某铁路高墩大跨刚构桥为对象,分别建立了无车和有车(考虑列车活载)的有限元全桥模型,对比了两者的结构自振特性。研宄表明高墩大跨刚构桥梁结构第一阶振型的质量参与系数较普通中、小桥梁明显下降,高阶振型效应对此类桥梁动力响应的贡献显著。(2)参照《铁路工程抗震设计规范》,对无车和有车全桥模型分别进行了多遇地震和设计地震动作用下桥梁结构的反应谱法分析。计算结果表明,在考虑列车活载作用时,主墩各截面内力响应均有所增加,高墩墩底的内力需求增长幅度相对低墩更大,故在铁路高墩大跨连续刚构桥的抗震设计中,应考虑桥梁上部结构列车活载作用,并对高墩的设计加以重视。(3)以与《铁路工程抗震设计规范》中罕遇地震反应谱匹配的人工地震波为输入,分别对无车和有车全桥模型进行了动力时程分析,分析结果表明,两种全桥模型的主墩均在墩顶处进入塑性屈服状态,考虑列车活载时主墩位移延性能力显著降低,且墩顶塑性转角显著增大,墩顶位移也有所增大。(4)基于人工合成的近场地震动混合模拟法,分别生成了考虑方向性效应和滑冲效应的近场脉冲型地震动。并以考虑列车活载的全桥模型为对象,对比分析了铁路高墩大跨刚构桥梁在远场地震动、具有方向性效应的近场脉冲型地震动以及滑冲效应的近场脉冲型地震动下的响应特性。结果表明,相比远场地震,近场脉冲型地震动对桥梁响应的影响显著。在近场脉冲型地震动作用下,方向性效应对桥墩顺桥向和横桥向响应的影响均远大于滑冲效应。