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： 高墩大跨连续刚构桥   静力位移测试   刚度参数   优化识别   有限元模型修正   对比分析  

摘要： 桥梁结构成桥后的状态参数往往与设计时的初始值有差别,成桥之后荷载试验的理论计算模型通常采用设计时的初始参数值,这样建立的模型计算出的效应值与实验测试值不同,有限元模型与结构真实状态不相符,无法了解结构的真实应力状态。为了获得结构真实状态刚度参数值,需要对其进行优化识别。本文基于静载试验的静力位移测试值,以现场实测挠度值与有限元计算值残差最小为目标,通过对有限元模型的不断优化来实现对桥梁结构真实刚度参数的识别,主要开展如下方面的计算及分析: 1.基于野三河大桥静载试验挠度测试数据,以优化理论为指导,用计算值逼近试验测试值为条件,进行优化识别分析。将识别的刚度参数对有限元模型进行修正,建立基于修正后接近实际情况的有限元模型以计算结构的真实效应值。 2.采用ANSYS软件优化模块和Matlab语言自编程序进行野三河大桥优化识别的计算,并实现ANSYS软件与Matlab程序的对口连接。 3.将优化修正的有限元模型用于大桥静载试验其它工况的计算分析,对比分析优化修正之前的模型计算值和修正之后的计算值,了解结构的真实状态。 4.将静力优化识别与动力优化识别交叉比较分析,探讨二者的关系。

关键词： 大跨径连续刚构桥   风险损失   施工   量测体系   定量分析   结构损失   量化评估   后果当量  

摘要： 桥梁风险损失分析是桥梁工程风险分析系统的重要组成部分之一,其主要的研究目的是将桥梁风险的后果进行量化,得出最终的风险值,为桥梁风险评价和风险决策提供依据。以往的桥梁风险分析大多只注重风险概率的研究,对风险事故发生后可能造成的后果和损失很少涉及,少量的研究也主要采用定性的方法估算,在定量计算方面的研究很少。针对桥梁风险损失的主要形式——结构损失的研究不够细致,很大程度上影响了风险损失评估的准确性。因此,在对结构损伤分析的基础上,对风险损失进行量化,建立实用、准确的桥梁风险损失评估体系是非常有必要的。 本文以高墩大跨刚构桥施工期间风险损失为研究对象,主要围绕以下几个方面展开研究: 1.对高墩大跨刚构桥施工期间风险损失分析理论框架进行研究,明确风险损失的定义,阐释损失的内涵和外延,介绍风险损失的分类、量测等理论,提出桥梁风险损失分析的主要方法,总结风险损失分析的基本步骤,建立桥梁风险损失分析的理论框架; 2.建立了桥梁工程风险损失的量测体系,提出了桥梁施工期间风险损失评估的总体模型,以合理的形式综合考虑了各种风险损失,并最终以量化的结果直观地反映总体损失的大小与严重程度。提出了各分项损失评估的模型,比较准确而实用地对各分项损失进行定量分析; 3.针对目前桥梁风险损失分析中,对桥梁结构损失难以量化、分析精度不足的现状,提出应用有限元软件对遭受风险事故的桥梁结构进行仿真分析的量化评估方法,为结构损失提供分析基础和依据; 4.联系工程实际,针对大跨度刚构桥主梁悬臂施工的特点,应用通用有限元软件Midas Civil对挂篮坠落事故发生后,桥梁结构可能遭受的强度破坏和失稳破坏两种主要破坏形式进行了仿真分析,得出了连续刚构桥主梁施工期间结构损失的特点和规律; 5.在明确结构损伤的基础上,应用风险损失量测的理论,对风险事态桥梁结构损失、物质设备损失、人员伤亡损失、工期损失、环境损失、社会损失等各项损失进行了定量的估算,并应用后果当量法,将各项损失转化为货币损失的形式,得到了事故引起的总的损失值。

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： 刚构桥   模态测试   伪动力实验   高阶振型   地震反应  

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、造价低等诸多优点,近年在我国山高谷深的西南、西北地区大量采用。由于应用历史较短,除2008年紫坪铺大桥外,国内外均无该类桥梁的震害经验。高墩大跨刚构桥通常作为交通干线的骨干桥梁,其地震破坏会对整个区域的运输和地震救援工作造成很大影响,因此,开展高墩大跨混凝土连续刚构桥的抗震性能的研究,掌握其破坏机理和极限抗震能力具有重要工程意义。 本文通过现场桥梁震害调查与分析、实桥现场模态测试、桥梁模型伪动力试验、模型振动台实验以及数值模拟等综合手段对高墩大跨混凝土连续刚构桥动力抗震性能进行研究,取得以下主要成果。 基于材料、构造、地震作用等因素对桥梁震害进行了梳理,着重阐述了各类典型桥型的震害机理,探讨了各类桥梁的抗震薄弱环节,据此提出了改进设计的建议。 以高140米、主跨170米的云南牛栏江大桥这一高墩大跨混凝土连续刚构桥的代表为对象,首先对其进行实桥模态测试,获取了横桥向、纵桥向和垂直向模态参数,为后续模型设计和有限元分析提供了坚实依据。 基于实桥模态测试结果,结合结构构造分析,确认该桥抗震薄弱方向为横桥向,据此按照1/12的比例设计了高12米、长24米的4墩3跨混凝土连续刚构桥梁模型,并用伪动力试验装置探讨了其横桥向极限抗震能力及破坏模式。结果表明,按照现行规范设计的混凝土连续刚构桥具有很强的抗震能力,主要破坏模式为呈较好延性的墩横向弯曲破坏,塑性铰接近墩底。 通过模型振动台实验,探讨了高阶振型对高柔结构地震反应的影响。结果表明:高阶振型在对高柔结构体系地震反应中不同物理量贡献不同,体系顶点位移由一阶频率控制;体系底部和中部应变受高阶振型影响比较明显;高阶振型对体系中部应变贡献比对体系根部应变贡献大。 基于上述现场实测及模型实验结果,通过ABAQUS有限元软件全面探讨了牛栏江大桥的抗震性能,取得了与实验吻合较好的分析结果。

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   牛腿   贝雷桁片   托架   设计验算   施工  

摘要： 结合大乌江特大桥高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥的施工,介绍了在墩身预埋牛腿,上搭贝雷桁片作为托架主梁浇筑o号块的设计验算及施工方法,通过实桥证明了该方法的可行性,对同类桥梁的施工具有一定的参考意义.

关键词： 高墩大跨连续刚构桥   高墩偏位监测   有限元分析   施工控制   稳定性研究  

摘要： 随着国民经济的飞速发展,在一些地形、地质更加复杂地区修建高速公路的需求日益增大,连续刚构桥以其施工简便、造价经济、受力合理、行车舒适、有利于养护等独特的优势在近年来得到了广泛应用。为了解决实际工程问题,传统连续刚构桥正向着大跨径、上部结构不断轻型化、简化预应力束类型、取消边跨合龙的落地支架、连续长度增大、薄壁柔性墩不断增高的趋势发展,因此施工难度将会进一步加大。为了使桥梁施工状态最大限度地接近理想状态,从而保证桥梁结构在施工过程中的安全,最终达到桥梁结构成桥状态满足设计和施工规范的要求,在施工阶段对高墩大跨度预应力混凝土连续刚构桥实施监控并进行施工阶段的稳定分析是十分必要的。 本文以芭茅冲特大桥作为研究对象,依据现代控制理论,结合高墩大跨连续刚构桥的自身特点,采用自适应控制理论并运用合理的施工监控方法,对各个施工工况进行模拟计算,得到理想状态下的线型和应力值,在施工过程中通过实测数据与理论计算值对比及时发现异常并分析原因,采取相应的控制措施,并对施工过程计算模型进行实时修正。同时本文使用有限元软件MIDAS／civil对本桥高墩关键工况不同荷载组合下的结构整体稳定性进行仿真分析,研究了高墩施工完毕、最大悬臂、成桥阶段不同荷载组合对结构稳定性的影响,以保证大桥施工过程质量和安全。 高墩大跨连续刚构桥的上部结构的监测方法已经十分成熟了,而高墩的偏位变形监测却没有得到相应的重视,本文结合芭茅冲特大桥的实际情况,运用高墩偏位监测方法,提出施工阶段在高墩墩身设置棱镜作为永久观测点,其监测结果能很好的反应高墩真实变形,对同类型工程有一定的借鉴意义；合龙阶段的施工是悬臂浇筑最关键的一个环节,本文通过研究施工单位和设计单位提出不同的合龙方案对结构的影响,选取最优化方案,通过工程实践验证,其更符合施工质量安全要求。