关键词： 桥梁工程   地震反应   时程分析法   位移时程   弯矩时程   抗震性能  

摘要： 基于时程分析法,借助大型有限元计算程序,以四川某超高墩大跨部分曲线连续刚构桥为背景,对该桥进行了自振特性及地震反应分析,对比研究了同条件下部分曲线桥与直线桥的抗震性能的差异,对左右幅之间的横向联系对结构整体刚度的贡献及对结构整体抗震性能的影响也进行了相应研究。研究结论表明:该类结构的曲线线形对自振频率的影响较少,其结构刚度主要受制于桥墩,若在左右幅之间增设横向联系,将在很大程度上改善结构的受力;该类结构的抗震性能受主梁与桥墩二者刚度比值的影响较明显,当二者刚度比值处于合理范围时能有效的降低结构位移动力响应,有利于结构的抗震;此外,桥墩的高度对结构的动力稳定性的影响较大,随着桥墩高度降低,结构动力稳定性越趋于稳定。

关键词： 高墩大跨连续刚构铁路桥   非线性稳定性   有限元模型   大挠度理论   温度效应  

摘要： 随着我国交通事业的发展，桥梁建设进入了前所未有的高潮时期。高墩大跨径连续刚构桥由于其外形匀称、简洁，适于跨越沟谷，满足高等级公路对线性要求，被广泛应用于公路、铁路建设，并逐步向大跨、轻柔方向发展。悬臂浇注施工是这类桥梁常用的施工方法。在悬臂施工阶段结构所受约束较少，加上施工环境又复杂多变，结构在这个阶段的稳定性问题尤为突出。全文以某大跨径连续刚构铁路桥为工程背景，对高墩大跨连续刚构铁路桥施工阶段和成桥阶段的非线性稳定问题进行研究，全文主要完成了以下工作：\n （1）A型超高墩自体稳定性的研究：以蔡家沟大桥最高墩23号墩为研究对象，用大型有限元软件ANSYS建立高墩有限单元模型。分别用实体单元和壳单元模拟高墩有限元模型。用高墩稳定基本方程直接求解的计算值来判断两种单元的模拟精度，发现壳单元计算的结果与直接求解计算结果相近。还利用壳单元分析高墩的弹塑性稳定性，即考虑材料非线性对高墩自体稳定性的影响。\n （2）A型超高墩最大悬臂阶段非线性稳定问题研究：针对A型超高墩最大悬臂施工阶段的稳定问题，依据线性稳定分析理论、大挠度理论以及弹塑性理论来分析材料非线性和几何非线性因素对高墩最大悬臂阶段稳定性的影响。同时还研究了悬臂施工阶段在各种工况下的稳定特性。\n （3）全桥运营阶段稳定性分析：该桥是高墩大跨连续刚构铁路桥，考虑到铁路列车荷载比较大，针对铁路在单线运行和双线运行的情况下分别对全桥运营阶段的稳定性进行分析，得出了连续刚构桥单双线运行在最不利荷载组合下的临界荷载和失稳模态。\n （4）A型超高墩自体稳定性影响因素分析：影响高墩稳定性的因素除了桥梁结构本身的特性外，还有混凝土收缩徐变、温度效应、风荷载、初始缺陷及不平衡荷载等。论文主要针对混凝土强度、地基弹性变形、风荷载和温度效应等因素来讨论其对A型高墩稳定性的影响，并得出了一些有益的结论。

关键词： 高墩大跨连续刚构   模型桥   相似理论   有限元模型   应力测试  

摘要： 山岭重丘区高等级公路跨越深沟峡谷时或特殊的引桥,经常会出现高桥墩或特高墩与大跨度相结合的情况。预应力混凝土连续刚构桥由于其较强的地形适应能力,跨越能力大,造价合理。因此高墩大跨连续刚构桥梁的在跨越深沟峡谷河流中得到广泛的应用,关于此桥型相关问题也在被深入的研究和探讨。其中按照结构模型试验理论,几何相似理论和物理相似理论建立结构的实体比例模型,对于高墩连续刚构桥梁的设计经验的积累、计算理论的合理性和正确性有着重要的验证意义,对该类型桥梁在施工过程中的变形和应力监测和其变化规律对实际工程有着着重要指导意义。 模型是仿照实体原型(真实结构)并按照一定的几何相似比例关系复制而成的代表物,它具有真实结构的部分或全部的特征。通过对模型的试验,可以得到与真实结构相似的工作情况和工作状态,进而对真实结构物的工作性能进行了解和研究。本文介绍了模型的理论基础——相似现象的三个定理及模型静、动力试验必须遵循的准则,并在此基础上确立了模型试验的相似常数。详细论述了高墩大跨连续刚构桥整体模型的设计、制作及静力试验的目的、内容、加载步骤、试验设备、数据采集系统。本模型上部结构是以西部大通道包(头)北(海)线老庄河大桥为蓝本,下部结构是以包北线洛河特大桥为蓝本。其中老庄河大桥主跨170m,边跨约100m,洛河特大桥墩高达142m。以这两座桥梁为蓝本的模拟桥做1/10全桥模型试验。通过模型试验采集模型桥在五个不同的荷载工况下关键截面的应变变化,主要测试了桥梁最大悬臂T构、中边跨合拢、桥梁二期恒载和活载工况在试验荷载作用下的应力和位移。分析中建立三维有限元模型,通过有限元软件结合试验测试数据进行对比分析,进而得到在每个工况下的应力表现。为验证工程实际受力和评价大桥的后期运营性能提供支持。最后对该模型桥试验误差和模型试验中应该注意的一些问题进行讨论和建议。 本论文的工作为高墩大跨连续刚构桥的工作性能得到全面了解,为评价桥梁今后的运营性能提供了初步数据,并积累了一定的科研资料。

关键词： 曲线连续刚构桥   高墩   大跨   施工监控   线形控制   应力监测  

摘要： 近年来,随着高等级公路向山区延伸,需要建造大量的高墩大跨曲线预应力混凝土(PC)连续刚构桥。这类桥梁集高墩、大跨、弯曲为一体,施工难度较大,施工过程中受力和变形比同类直线桥复杂,对其施工过程进行监测和有效的控制,是确保施工安全和质量的重要条件,同时,这类桥梁的施工监控也与同类直线桥施工监控有很多不同之处。 本文以湖北省麻(城)武(汉)高速公路观石河特大桥为背景,对高墩大跨PC曲线连续刚构桥的施工监控技术进行了研究,为这类桥型的施工监控提供参考,研究的主要内容包括： (1)概述了国内外有关大跨PC连续刚构桥、曲线梁桥的发展以及高墩大跨PC曲线连续刚构桥施工监控研究现状,阐述了高墩大跨PC曲线连续刚构桥的结构和力学特点,介绍了大跨度桥梁施工监控的基本理论。 (2)应用结构有限元分析软件MIDAS/Civil对观石河大桥施工过程进行了模拟分析,在此基础上改变平弯半径对不同半径曲线连续刚构桥施工过程进行分析,对比分析了墩高、圆心角、结构自重、预应力、温度效应、混凝土收缩徐变等因素对高墩曲线连续刚构桥的内力和变形的影响。 (3)结合高墩大跨PC曲线连续刚构桥施工过程中的变形特点,阐述了相应的线形控制方法。这类桥型的线形控制不仅要设置竖向预拱度控制竖向线形,还应该根据高墩的横向变形从墩身施工开始设置横向预拱度,在悬臂施工阶段还要加强对曲线箱梁平面轴线和扭转的控制,分别设置横向预拱度和扭转预拱度。 (4)高墩大跨PC曲线连续刚构桥的施工过程中的应力监测要根据曲线箱梁截面应力的特点布置测点,分析了应力测试的主要影响因素进行,消除温度效应和混凝土收缩徐变影响的修正方法在监控实践中应用,取得了较好的效果。针对这类桥型提出了控制预应力张拉效果的措施。

关键词： 曲线连续刚构桥   高墩   大跨   内力和变形  

摘要： 高墩大跨PC曲线连续刚构桥施工难度较大,施工过程中受力和变形比同类直线桥复杂。本文应用结构有限元分析软件MIDAS/Civif对某大桥施工过程进行了分析,在此基础上改变平弯半径对不同半径曲线连续刚构桥施工过程进行分析,对比分析了墩高、圆心角、结构自重、预应力、温度效应、混凝土收缩徐变等因素对高墩曲线连续刚构桥的内力和变形的影响。

关键词： 薄壁高墩   大跨刚构桥   动力特性   桩―土效应   地震响应分析   行波效应  

摘要： 近年来,随着我国交通建设迅猛发展,连续刚构桥得到广泛应用,并逐步向大跨、轻柔方向发展。我国是一个地震灾害频发的国家,在地震中长大桥梁一旦遭受破坏,后果严重。鉴于此,本文以某六跨连续刚构桥为工程背景,研究其在地震中的动力响应规律,为桥梁的抗震设计、施工建设及检测加固等提供参考。本文所做的工作与结论如下: (1)利用ANSYS软件建立了大桥有限元分析模型,对其进行模态分析。通过对比不同边界条件和结构参数下的4种模型得到:考虑桩―土效应后,结构的整体刚度减小,自振周期延长。考虑设置系梁后,模型主梁竖向变形的振型序列提前,说明了本桥原有设计系梁的缺失,增大了薄壁高墩柔性,使得全桥水平振动变形更加明显。 (2)针对原桥设计模型,分别进行反应谱分析和一致激励输入下的地震响应分析,考察桩―土―结构相互作用对桥梁地震反应的影响,可知桩―土效应对结构横向位移、轴力、平面外剪力和弯矩影响明显。 (3)选用El-Centro波、Taft波、兰州波对大桥进行一致地震激励,并与反应谱分析的结果相比较,研究表明:Taft波和El-Centro波较兰州波对本桥影响明显,且一致激励下顺桥向位移、兰州波激励下平面内内力均较反应谱分析结果要小,横桥向位移、平面外内力均较反应谱分析结果偏大,结构抗震设计时宜按分析结果最大值进行控制设计。 (4)多维时程分析时考虑竖向地震动输入,结果显示竖向激励加大了刚构桥的桥墩轴力、各跨中的竖向位移和平面内弯矩,由此得出在大跨桥梁设计时应考虑竖向地震动输入。 (5)在考虑行波效应情况下,对大桥进行非一致激励分析,并把不同波速的行波激励下地震响应与一致激励的结果相比,发现行波效应对该桥的影响显著:不同波速的行波效应产生不同的影响,波速减小,墩体位移和内力随之减小,有利于抗震,并且不同的波速之间激励下有所差异,存在明显的延滞现象。反之,随着波速的增大,并将与一致激励趋于一致。同时由于墩体高矮和地震波输入方向的不同,主梁和个别墩顶截面的地震响应变大,因而在高墩大跨连续刚构桥抗震设计中忽略行波效应并不总是安全的。

关键词： 高墩大跨刚构桥   初始缺陷   缺陷累积   稳定性   非线性   有限元分析  

摘要： 随着科技的进步,交通运输事业的快速发展,我国公路交通建设正以惊人的速度不断地向中西部山区进行拓展。由于地形条件的限制,在山区进行公路建设往往需要跨越深沟、峡谷,以至于大跨高墩桥梁的修建逐渐增多。由于桥墩较高,大桥的稳定问题就变得尤其重要。本文以沪蓉西高速公路宜恩段上的野三河特大桥为工程背景,针对高墩大跨径连续刚构桥在施工过程中由于初始缺陷以及缺陷累积对结构稳定问题的影响进行分析研究,主要研究内容如下: 1.本文运用非线性有限元方法,按照结构一阶失稳模态形式及规范限值考虑初始几何缺陷,分析单肢薄壁高墩在具有单向与双向初始偏位时的稳定承载能力,得出高墩在具有初始几何缺陷特别是存在双向初始几何缺陷时将大大降低结构的稳定承载能力;计算了高墩具有局部材料缺陷时的结构稳定承载能力,得出最不利的材料缺陷位置,以及稳定承载能力与局部材料强度的关系。 2.本文利用Ritz法推导了双肢薄壁高墩最大悬臂状态下的临界荷载公式,计算结构最大悬臂状态下的稳定性,并利用有限元软件ANSYS建立空间实体单元与梁单元组合模型,对薄壁高墩最大悬臂状态在各种工况下的稳定性进行了分析,如风荷载、墩顶初始偏位、挂篮跌落以及各种不利荷载组合等,得出结构在具有初始缺陷情况下的荷载安全系数,以及考虑双重非线性时结构第二类稳定的承载能力与第一类稳定的承载能力的差异。 3.具有初始缺陷的结构,在施工全过程中缺陷不断演进,将此作为成桥状态进行分析。以健康监测过程中大桥的实测温度为依据,分别讨论了局部温度荷载效应以及整体温度荷载效应对具有初始缺陷的结构稳定性的影响;同时计算分析了汽车荷载效应以及风荷载对具有初始缺陷的结构稳定性的影响。 本文的研究内容,将为野三河特大桥的稳定性提供重要的理论保证,并且为同类有初始缺陷的桥梁稳定性研究提供参考。

关键词： 高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥   地震响应   反应谱   时程分析   非线性   塑性铰  

摘要： 随着我国交通事业的不断发展,连续刚构桥的跨径和墩高不断增加,高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥越来越多。我国是一个地震灾害频繁发生的区域,尤其是“5.12”大地震,对桥梁抗震提出了更高要求,因此对高墩大跨连续刚构桥进行地震反应分析意义重大。本文就是在这种背景下展开的,主要研究内容如下： 本文首先总结分析已有的各种桥梁抗震分析方法,并进行了对比分析,对各种分析计算方法的适用范围与优缺点进行了总结；在总结分析以往桥梁抗震分析方法的基础上,针对高墩大跨连续刚构桥梁的结构特点,结合《公路桥梁抗震设计细则》,提出了适用于大跨径刚构抗震性能分析的基本步骤与基本方法。 其次,以某高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥为原型,考虑桩土效应,建立了整体计算模型并计算其动力特性；按地震设防烈度,并考虑竖向地震动对结构地震反应的影响进行了反应谱分析；采用E1作用下的工程场地人工地震动加速度时程、采用多点激励的方法对结构进行弹性时程响应分析；采用E2作用下的工程场地人工地震动加速度时程、采用纤维单元并采用多点激励的方法对结构潜在的塑性区域进行弹塑性时程响应分析,到了结构潜在塑性区的塑性破坏状态；并将反应谱法分析、弹性时程分析与非线性动力时程分析的计算结果进行了对比。 最后,为研究桥梁的潜在抗震能力,将地震动峰值增加,直到各墩均出现塑性铰,并按照塑性铰出现的顺序,提出了该类桥梁设计时重点注意的问题。

关键词： 高墩大跨   连续刚构桥   高低不平顺   动力响应  

摘要： 随着我国高速铁路、客运专线的快速建设与发展,对线路平顺性的要求越来越高,因此许多高架桥和长大桥应运而生。而在众多桥型中,连续刚构桥以其特有的平顺性好,结构整体性好,抗震性能好,施工方便,经济效益高等优点受到了众多桥梁设计者的青睐。 高墩大跨连续刚构桥由于其高墩的特点（高度往往超过百米）,受气候环境因素影响大,如昼夜温差和太阳光照辐射,墩身的伸缩会使梁体在垂向上产生较大变形继而影响上部轨道结构的平顺性。目前对于这种不平顺的研究还很少,对其是否会对高速铁路列车的行车舒适度、行车安全以及轨道结构等造成影响还有待研究,因此,对此进行一定的研究和探讨具有很重要的现实意义。 本文将以某高墩大跨连续刚构桥（跨径布置为92m+168m+92m,中墩高112m）为例进行计算和研究。根据该桥的结构特点,本文利用有限元软件ANSYS建立了该桥的有限元计算空间模型,考虑桥墩和梁体整体升温,计算分析了升温10℃,15℃,20℃,25℃四种工况下的梁面高低不平顺。在不平顺计算的基础上,以目前我国客运专线广泛采用的CRTSⅡ型板式无砟轨道作为桥梁上部的轨道结构,利用大型通用有限元软件ABAQUS建立车辆-轨道耦合动力学模型,考虑桥梁升温引起的高低不平顺的单独作用以及与轨道随机高低不平顺的共同作用两种情况,计算了车辆-轨道耦合系统的动力响应。通过计算分析车辆垂向加速度,轮重减载率等影响行车舒适度和安全性的指标,发现桥梁升温引起的高低不平顺虽然幅值较大,但由于其波长也较长,轨道不平顺的变化率较小,因此对行车品质的影响不大;在桥梁升温引起的高低不平顺与轨道随机高低不平顺的共同激励下,随着行车速度的提高,车辆垂向加速度和轮重减载率明显增大,但是也能满足行车舒适性和安全性要求。

关键词： 高墩   大跨径   连续刚构桥   非线性   稳定性   静风力系数   气动干扰  

摘要： 随着连续刚构桥向高墩、大跨方向发展,此类桥梁面临的稳定性和抗风问题日益突出,因此有必要对这两个问题进行研究。本文以汝郴高速公路上的文明大桥和山店江大桥为工程背景,对其极限承载力和抗风性能进行研究,主要内容包括以下几个方面： （1）利用有限元软件Midas-civil对文明大桥和山店江大桥在最高墩阶段、最大悬臂阶段和成桥阶段的第一类线弹性稳定性进行分析。 （2）利用有限元软件Midas-civil对文明大桥和山店江大桥在最大悬臂阶段的几何非线性稳定进行分析,并考虑初始缺陷的影响,讨论几何非线性因素对结构稳定性的影响。 （3）利用有限元软件Midas-FEA对文明大桥和山店江大桥在最大悬臂阶段的双重非线性进行分析,分析结果表明,为得到结构的真实极限承载力需考虑材料非线性的影响。 （4）利用Fluent软件对山店江大桥单幅主梁断面的三分力系数进行计算,讨论不同因素对截面三分力系数的影响。 （5）在截面三分力系数的计算结果基础上,对山店江大桥主梁驰振稳定性、颤振稳定性、涡激共振和风荷载内力进行初步分析。 （6）最后,对山店江大桥跨中截面在不同桥梁间距和攻角下的双幅桥梁三分力系数的气动干扰效应进行研究。