关键词： 连续刚构桥   施工监控   敏感性分析   参数识别   神经网络  

摘要： 连续刚构桥的施工控制研究理论随着其广泛应用越来越趋于成熟和完善,特别是在对影响施工过程控制精确度的设计参数识别与修正方法的研究理论方面,更加丰富和完善。本文以大渡河大桥为工程研究背景,结合连续刚构桥悬臂施工的特点,运用国外桥梁软件Midas/civil建模仿真整个施工全过程,并采用神经网络算法识别修正设计参数值,以确保对大渡河大桥在施工过程中主梁线性和应力的准确控制。本文研究的主要内容如下:(1)对连续刚构桥的归纳性的概括,包括其基本特点、发展概况及趋势以及施工方法;(2)对施工监测及控制理论进行全面的叙述,包括其步骤、内容、计算分析原理以及参数识别修正方法等;(3)建立大渡河大桥Midas/civil仿真计算模型,并分析对比各影响施工控制设计参数的敏感性,采用的方法是:对每个设计参数取其值的0.9倍和1.1倍两种情况,然后分别计算对比相应的主梁变形和应力的变化值幅度大小,其中变化值幅度大的为主要影响设计参数,相反为次要影响设计参数;(4)根据悬臂施工的特点,通过仿真模型理论计算值与现场实际监测值之间的对比分析,对桥梁各施工节段的应力、线性和温度进行控制,并确定大渡河大桥施工控制精度是否满足相应要求;(5)将BP神经网络算法程序应用到大渡河大桥施工控制的参数识别中,对主要影响参数识别后,通过分析其计算出的后续节段主梁变形值与实测值之间的差值大小,用来判断该算法程序在大渡河大桥施工全过程控制中的可行性;本文的研究思路是根据桥梁施工控制的自适应控制法,对大渡河大桥的施工控制过程逐步展开而成。首先建立结构计算系统,通过计算悬臂施工的各主梁节段变形,得到成桥和施工预拱度;然后通过结构的测试系统,对各悬臂主梁节段的主梁变形、内力及环境温度进行实时监测;随后是误差分析系统,通过理论计算值与实测值之间进行对比分析,实现对影响参数的识别与判断;最后是预报系统,对参数进行修正,通过代入模型的重新计算后续节段的立模标高。

关键词： 风-车-桥耦合   路面状况   风致车辆事故   行车安全性   临界风速  

摘要： 随着交通事业高速发展,长大桥梁在峡谷、大海等大风环境下修建较多,大风作用会加剧车辆与桥梁的振动,持久的振动也会降低车辆行车安全性和舒适性。行驶在路面的车辆,若迎面受到大风作用会导致引擎动力不足;行驶在桥上的车辆若受到强横风作用可能会导致车辆侧滑或侧翻。近年来像强风和冰、雨、雪等恶劣天气条件频繁出现,车辆在桥上行驶安全性研究显得十分重要。基于此,本文在风-车-桥系统相互耦合振动分析理论上,建立侧风下车辆侧滑和侧倾事故模型,运用编制的风-车-桥耦合振动分析程序对桥梁和车辆进行动力响应分析,并结合工程实例,研究了风环境下高墩大跨连续刚构桥的桥面行车安全性。主要研究工作有如下几个方面:(1)引入风-车-桥相互耦合振动分析理论,对二轴厢式货车建立七个自由度的三维车辆模型并推导其运动微分方程,把路面不平度模拟成零均值平稳高斯函数,由功率谱密度函数通过傅里叶变换模拟桥面不平度样本,建立风-车-桥系统耦合微分方程并采用Newmark-β法进行求解。(2)运用改进谐波合成法实现三维空间脉动风场的模拟,对车辆风荷载和桥梁风荷载进行数值模拟计算,运用有限元建立大跨度刚构桥模型并对其进行模态振型分析。(3)考虑路面不平度,车辆和桥梁所受的风荷载,编制风-车-桥系统相互耦合振动分析程序;以一座高墩大跨连续刚构桥-石亮河特大桥为例,运用所编写的程序,对有风荷载作用下不同路面等级和不同车速下的桥梁跨中和车辆质心的动态响应及冲击系数进行了分析。(4)引入概率统计方法,以车轮折算压力为指标,建立风致车辆事故侧倾和侧滑模型,计算不同路面等级、不同车速、不同风速、不同车型、不同墩高及不同曲率半径下车轮竖向接触力,并分析其对桥面行车安全性的影响;计算了二轴厢式货车行驶在不同车速下侧倾临界风速、不同风速下侧倾临界车速和四种不同路面情况下侧滑临界风速,为车辆在桥上行车安全风速和车速提供一定的依据。

关键词： 地形效应   场地模型   高墩大跨连续刚构桥   多点激励  

摘要： 近十多年来,随着我国经济的快速发展,在西部多山或高原地区,一些重要的交通基础设施相继建成并投入使用。而桥梁作为连通两地的重要基础设施,更是被广泛应用,其中由于西部地区地形高低起伏,十分不规则,因此高墩大跨连续刚构桥是主要的桥梁结构形式。而西部地区多为地震多发区,多次地震表明,不规则地形对地震动有着明显的影响,不同的地形对地震波传播的影响程度不同。而建设在不规则地形上的高墩大跨连续刚构桥在地震作用中,地形效应对其地震反应有较大影响。因此有必要研究高墩大跨连续刚构桥在地形效应影响下的地震反应特征,为该类桥梁抗震及减震设计提供参考,以提高该类桥梁的抗震性能。针对场地地形效应和高墩大跨连续刚构桥的地震反应,本文做了以下几方面的研究工作:(1)总结并讨论了不规则地形对地震动的影响,以及场地地震动模拟、高墩大跨桥梁多点激励的分析方法。探讨了场地模型粘弹性人工边界、透射人工边界的基本原理、地震波的输入方法。以粘弹性人工边界作为场地模型的边界,确定了模型尺寸、单元尺寸、场地介质材料属性,用ANSYS建立了五个场地模型,包括了峡谷地形和突出地面丘陵地形。(2)研究了S波垂直入射下的地形效应对地震动传播的影响,得到地形模型各观测点的地震动加速度,总结了峡谷和丘陵场地地震峰值加速度(PGA)和峰值位移(PGD)变化规律。分析表明,不规则地形对地震动有着十分显著的影响,高程越高的点,其地震动反应也越大;不同地形的场地地震动反应不同,突出地面丘陵各点地震动反应均大于峡谷地形,且坡度较缓的坡面,其地震动反应上升也较缓;不同地震波输入得到的场地地震动反应不同,这与场地模型的自身卓越周期和地震波的频谱特性有关;同一地形,二维与三维模型的分析结果也有差别,从平均意义上讲,三维模型的计算结果要小于二维模型的计算结果。(3)以一实际工程桥梁为背景,基于ANSYS建立了三维有限元梁单元的高墩大跨连续刚构桥模型,以前述三维场地模型观测点得到的地震动加速度作为多点激励的地震动输入,进行结构的动力时程分析,研究地形效应对大跨桥梁地震反应的影响。在纵桥向输入地震波,发现在多点激励下,桥梁地震反应复杂,不同结构部位、不同内力均体现出不一样的规律。总体来看,考虑地形效应进行多点激励输入后,桥墩的地震反应相比于一致激励小,而主梁以及梁墩固结处反应增大。另外,柔性的高墩在多点激励下的地震反应相较于刚度大的低墩更小。因此,地形效应对大跨桥梁地震反应有不同程度的影响,对于复杂地形条件,比如河谷峡谷地形区的桥梁,应该考虑地形效应的影响,并在某些部位加强抗震设计。(4)为对比地形效应对不同桥型地震反应的影响,建立不同曲率半径的高墩曲线桥,同样进行纵桥向的地震波输入,与直线桥进行对比发现,无论是一致激励还是多点激励,曲率半径越大,其地震反应也越大;建立不对称桥梁模型,进行地震反应分析,分析发现,不对称高墩大跨曲线连续刚构桥在地形效应影响下,其敏感程度大于对称曲线桥梁,且在多点激励下不对称桥梁的低墩地震反应会大幅提高。

关键词： 桥梁抗震   高墩大跨   刚构桥   伪动力实验   边跨摆尾  

摘要： 高墩大跨混凝土连续刚构桥具有造型优美、跨越能力强、施工方便、造价较低等优点,在我国山地林区特别是西部地震多发区广泛应用。由于缺少震害经验和系统的研究成果,高墩大跨混凝土连续刚构桥的抗震设计比较茫然,具体工程设计都偏于保守,既造成很大浪费,又缺乏对桥梁真实的抗震性能表现的准确认识。深入总结该类桥型的震害经验并系统地开展其抗震性能研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以墩高126米的牛栏江大桥为例,通过实桥测试、模型试验和数值分析等手段,系统深入地研究了高墩大跨混凝土连续刚构桥的抗震性能,探讨其极限抗震能力和抗震薄弱环节,为该桥型的工程设计提供参考依据。具体工作成果如下。1.完成了牛栏江大桥动力特性测试。利用环境激励和行车驶过障碍引起的激励,获得了桥梁横桥向、纵桥向和垂直向振动模态。据此判断该桥横桥向相当于约束最少的悬臂梁,属抗震薄弱方向。进一步通过MIDAS有限元程序对该桥的各阶模态进行了数值模拟计算,得到了与实测模态相吻合的结果。2.按照1：12的比例设计建造了迄今最大规模的高墩大跨混凝土连续刚构桥模型(I),模型为4墩3跨,长24m,高12m。应用伪动力实验技术对桥梁模型进行了抗震性能试验,结果表明,该桥具有很强的抗震能力,即使遭遇PGA达到1.5g的强烈地震作用也仅在墩底出现中等程度的弯曲型破坏。为了增加试验样本,对模型I进行加固,墩身截面增加近一倍,得到一个固有周期大幅降低的另一桥梁模型(II),按照相似的步骤实施伪动力试验,得到了类似的破坏模式,但模型(II)极限抗震能力比模型(I)降低20%以上。3.完善了伪动力实验方法。自行设计搭建了与既有结构加载系统配套了的集发送指令、采集反馈信号、求解动力平衡方程等功能于一体的伪动力实验控制系统；采用预应力方法在墩身中心竖轴施加轴向力,模拟重力荷载效应。4.详细调查了汶川地震时受损的高墩大跨混凝土连续刚构桥案例,即距震中仅16km的庙子坪大桥。分析了其震害与结构构造的关系,阐明边跨摆尾进而造成支座、梁端及挡块等严重破坏是高墩大跨混凝土连续刚构桥震害最主要表现。通过弹塑性数值模拟,再现了边跨摆尾的过程,并提出通过设置含金属橡胶挡块及防落梁油阻尼器可以有效控制摆尾引起的震害。综合上述研究结果可以看出,现行设计的高墩大跨混凝土连续刚构桥整体上具有很强的抗震能力,即使遭遇意外强烈地震的作用,也仅在墩底出现弯曲型破坏。这样的破坏模型可以充分发挥钢筋的抗拉强度,使桥墩表现出较好的延性,避免倒塌。但是,研究也暴露出该桥型边跨摆尾及相应撞击、碾搓导致的破坏是其抗震薄弱环节,对此提出了具体建议。通过高墩大跨结构混凝土连续刚构桥的结构数值分析及两个实体模型的伪动力试验,表明该类桥型具有极强的抗震能力,明确了在强震作用下高墩大跨结构桥梁的薄弱环节和抗震破坏机理。本论文的研究结果可为该类桥梁的研究及设计提供科学依据。

关键词： 高墩大跨连续刚构桥   抖振   时域分析   ANSYS   疲劳损伤  

摘要： 随着人们生活质量的不断提高,便捷的交通也成为人们日益关注的焦点。连续刚构桥是一种较为常见的桥型,交通的发展使得连续刚构桥梁也越来越趋于高墩大跨方向发展,整体刚度已不如从前,那么风荷载引起的结构问题便日益突出并成为桥梁工程界亟待解决的重点问题。自然风中的脉动紊流分量会引起桥梁结构物的风致抖振,这种振动是在任意风速下都会产生的限幅振动。这种风致振动虽不会像颤振一样引起毁灭性的破坏,但是会导致结构的大变形,影响行车安全和驾驶人的舒适性。由抖振力引起频繁的应力循环会产生结构疲劳,缩短桥梁使用寿命。因此,本文以高墩大跨度连续刚构桥实桥为研究对象,利用ANSYS的APDL语言二次开发功能以及MATLAB程序语言进行施工及成桥阶段风致抖振响应研究,应用Miner线性累积损伤准则进行了抖振力荷载作用下桥梁结构危险部位疲劳损伤的研究。主要内容包括:1)基于谐波合成法对骑骡沟大桥所处地理位置的脉动风风场进行模拟,对模拟风速的功率谱与目标谱进行对比。2)基于大型有限元软件建立骑骡沟大桥施工阶段及成桥阶段有限元模型,计算该桥动力特性。并对骑骡沟大桥施工阶段及成桥阶段静力风荷载作用下的风致响应进行计算分析。3)运用Matrix27单元使得自激力通过矩阵形式在有限元模型中实现参数化模拟。4)运用ANSYS瞬态动力分析将脉动风转化为时域化的抖振力荷载。对仅考虑Davenport准定常抖振力荷载的桥梁进行时域分析,其次添加模型气动自激力并计算考虑自激力的抖振响应,与未考虑自激力的工况做对比。5)计算北山大桥主梁关键点应力谱,运用雨流计数法对应力时程进行统计分析并得出应力循环及应力幅。根据关键点在采样时距中的应力循环和应力幅运用Miner线性累积损伤准则计算采样时距的疲劳累积损伤并根据疲劳累积损伤计算抖振力荷载作用下该桥危险点的疲劳寿命。

关键词： 高墩大跨   连续刚构桥   正交分析   地震响应   行波效应   中层减隔震  

摘要： 我国国土面积巨大,地形复杂,V谷分布广泛,因此修建刚构桥需要大跨高墩。随着我国西南、西北地区公路和铁路的快速修建,桥梁墩高和跨径纪录不断刷新,而高墩大跨桥梁的抗震设计一直是国内外工程界关注的难题。本篇将主要通过有限元软件MIDAS/CIVIL建立各工况的有限元模型对某高墩大跨连续刚构桥梁进行抗震分析,希望本文的结论可以为此类高墩桥型提供一定的参考。本文主要讨论了以下内容:(1)运用正交分析法对某高墩大跨连续刚构桥进行变参数动力特性分析,参数包括联长、墩的截面抗弯刚度、桩土影响、墩高,对典型振型对应的频率进行分析,运用正交分析法的极差分析和方差分析得出了各典型振型对应的频率影响显著参数以及各参数对典型振型对应的频率的影响趋势。(2)运用正交法对高墩大跨连续刚构桥梁进行了一致激励地震响应分析,并通过极差分析和方差分析确定了四个参数对相应的地震响应影响程度的排序、对其影响是否显著以及参数对其影响的趋势。(3)运用中层减隔震技术对高墩大跨连续刚构桥的抗震响应影响进行研究,主要研究了三个参数对桥梁抗震性能的影响,参数包括中层减隔震摩擦摆支座个数、隔断位置以及摩擦摆支座的曲率半径。

关键词： 高墩连续刚构桥   OpenSees   地震易损性   易损指标   人工地震波   易损性曲线  

摘要： 桥梁结构在整个交通系统中有着举足轻重的地位,常常牵一发而动全身。本文以西部山区某铁路高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥为研究背景,运用分析软件OpenSees建立了非线性有限元模型,采用非线性动力时程分析方法对其进行了地震易损性分析,主要内容如下：1、通过国内外的文献资料系统地介绍了高墩连续刚构桥的发展和受力特点,阐释了基于性能的抗震设计思想,列举了桥梁地震易损性的分析方法和研究现状。2、梳理了利用分析软件OpenSees建立桥梁非线性有限元模型的整个流程,介绍了材料的本构关系与纤维截面,对所建模型进行了特征值分析,并与利用Midas所建的模型进行了简单的对比。3、介绍了结构的破坏准则和结构损伤评定的方法,依据混凝土连续刚构桥的力学特性,分析了桥梁结构的易损位置。选取曲率延性比为损伤指标,对易损位置的关键截面进行了弯矩曲率分析,确定了各损伤状态下的损伤指标界限值,并讨论了轴压比和纵筋配筋率对易损指标的影响。发现随着轴压比的增大,各损伤状态界限值在轴压比为0.05—0.3范围内呈下降趋势,且下降幅度随轴压比增大有所降低,而随着配筋率不断增加,各损伤状态的临界曲率延性比的值趋于稳定。4、结合抗震设计规范的水平加速度反应谱和桥位具体场地条件,将反应谱转变为功率谱,对形成的互功率谱进行分解并计算了幅值和相位,合成了更具有适用性的多维多点地震动时程。5、对桥梁进行了横桥向和纵桥向地震易损性分析,选取峰值地震加速度(PGA)为地震动强度指标,绘制出了地震易损性曲线。对其分析后发现此背景桥梁主墩的抗震性能十分优越。在纵桥向的地震作用下,桥墩墩顶相对于墩底更容易发生损伤。在横桥向的地震作用下,桥墩墩底相对于墩顶更容易发生损伤,且桥墩在纵桥向的地震作用下发生损伤的概率要远大于在横桥向的地震作用下发生损伤的概率。同时,探讨了场地类型对地震易损性曲线的影响,发现在同一峰值地震加速度下,结构的地震易损性随着场地由硬变软而不断增大。

关键词： 高墩大跨   连续刚构桥   施工控制  

摘要： 在现今桥梁建设中,逐渐向着规模更大的方向发展.其中,连续刚构桥具有着行车舒适、温度适应性好、地震影响低、无需转换施工体系以及跨越能力大等特点,高墩连续刚构桥墩身高且柔,结构受力合理,抗震性能好,抗推刚度在纵桥向较小,跨越能力较大,其对混凝土收缩、徐变、温度变化对结构水平位移有较好的适应能力,能充分发挥高强材料的效能.本文对于系梁对连续刚构桥的地震响应影响进行简要分析,希望能给同行业工作者提供参考和帮助.

关键词： 超高墩连续刚构桥   墩高差   横系梁   稳定性   温度效应   垂直度  

摘要： 随着国家西部大开发战略的推行,以及国家对基础设施建设的大量投入,公路交通事业迎来快速发展时期。我国西南地区多为山岭地貌,山区高等级公路的发展离不开高墩大跨桥梁的建设,而巨大的海拔落差使得超高墩大跨径连续刚构桥有了充分的发展空间。相对于墩高较低的连续刚构桥,超高墩桥梁在设计和建设过程中需要考虑更为复杂的由于墩高及其他因素引起的结构受力、稳定性和施工控制技术等关键问题。本文依托马河特大桥进行的研究工作及取得的成果包括:(1)分析了在温度、活载、收缩徐变、恒载作用下墩高的不对称性对超高墩连续刚构桥结构受力与变形的影响,得到不同墩高组合下的主梁内力、桥墩应力以及墩顶位移的变化规律,对结构设计提出了建议。(2)针对超高墩连续刚构的稳定性问题,分析讨论了桥墩高度的变化对桥梁结构在最高裸墩状态、最大悬臂状态以及成桥状态时的稳定性影响,总结了其影响规律。(3)依托马河特大桥,分析了双肢薄壁墩间横系梁对结构稳定性的影响。并对马河特大桥的横系梁拆除时机进行了理论分析,分析表明,不同状态下拆除横系梁对结构稳定性及受力的影响不同,马河特大桥双肢薄壁墩间横系梁在边跨合龙段锁定之前予以拆除是合理的。(4)基于温度效应分析理论,进行了桥梁结构最高裸墩及最大悬臂状态时温度效应对结构变形的影响分析,总结和提出了主墩施工过程的垂直度控制措施及主梁施工过程中减小温度影响的控制措施,为马河特大桥超高主墩以及主梁悬臂施工过程控制提供了理论依据与控制方法,达到了良好的应用效果。

关键词： 成昆铁路   高墩大跨连续刚构桥   静力设计   反应谱分析   时程分析   抗震设计  

摘要： 桥梁是跨越公路、铁路以及各种障碍物的重要结构,在交通事业中占有极其重要的地位。而大跨度预应力混凝土连续刚构桥由于其具有适应性强、受力简单、方便施工、投资少、经济效益高和整体性能好、刚度大、变形小、抗震性能好等各种优点脱颖而出,成为一种非常实用的桥型结构,在现代公路、铁路建设中得到越来越广泛的应用。中国幅员辽阔,有很多地方处于地震带上,地震活动频繁。地震使国家和人民遭受重大损失,桥梁是交通的咽喉,地震发生时,如果桥梁受到破坏修复困难,会导致交通运输中断,严重阻碍抗震救灾工作的进行。因此,对高墩大跨度桥梁进行有限元静动力分析,制定有效的抗震措施来保证其在地震中的安全是非常必要的,对社会和经济建设具有重大意义。本文依托成昆铁路蜻蛉河双线特大桥项目,结合常规受力分析、反应谱分析和时程分析方法,针对该桥梁的动力特性以及地震响应等方面进行了分析研究。本文主要完成的工作包括以下几个方面：1、在广泛收集和研究国内外相关资料的基础上,介绍了国内外连续刚构桥的发展现状和其自身特点。介绍了该类桥梁设计方法和抗震分析方法。2、介绍了蜻蛉河双线特大桥主桥的常规设计和静力计算分析,总结出该类桥梁的受力特点。3、本文以蜻蛉河双线特大桥主桥动力特性分析和相关理论为基础,结合反应谱和时程分析方法,对蜻蛉河双线特大桥主桥进行了多遇地震和罕遇地震的反应分析,得出其主墩的受力特点,在此基础上对本桥主墩按各种地震反应结果进行验算,确保本桥在多遇地震和罕遇地震情况下按规范验算的各项指标均满足要求,保证结构在地震作用下的安全。并且,可为该类桥梁的抗震计算分析提供一定参考。