关键词： 装配式桥墩   高墩桥   抗震性能   滞回性能   稳定性  

摘要： 高墩大跨连续刚构桥以其优异的跨越能力成为极具竞争力的桥型,而桥墩装配式的施工方法解决了整体现浇桥墩施工存在的如占地面积大、生产周期长、环境污染严重等问题,并可有效降低成本。目前桥梁建设仍以传统现场整体浇筑施工为主,高墩大跨连续刚构桥装配式墩身的研究和应用较少,抗震性能和稳定性能仍处于探索阶段。本文研究了高墩连续刚构桥装配式墩身的力学特性、抗震性能和稳定性能,内容包含四个方面:(1)对已有装配式桥墩理论和工程实际进行分析,确定适用于本文的研究方向和分析方法。基于整体现浇桥墩和装配式桥墩的试验建立模型,考虑材料单元和本构模型的选取并分析构件接触和边界问题,对试验模型等比例构拟,将计算结果与试验结果数据进行交叉比对。(2)以实际工程设计为依托,以模型拟合理念为基础,构建原桥整体现浇桥墩模型,设计适用于高墩连续刚构桥的装配式桥墩模型,进行桥墩静力性能和抗震性能的分析。以既有装配式桥墩模型为基础调整了恒载轴压比、预应力筋配筋率、桥墩高宽比、桥墩节段数量四组参数,进行拟静力试验,计算设计参数对结构滞回曲线、残余位移、累计耗能等方面的影响。结果表明:在静力性能方面,装配式桥墩受节段接缝影响,压应力损伤和拉应力损伤分布与现浇桥墩略有区别,但整体静力响应上相似;在抗震性能方面,装配式桥墩残余位移更小,具有更强自复位能力;设计参数影响分析上,主要影响程度由大到小依次为:预应力筋配筋率、桥墩高宽比、恒载轴压比、桥墩节段数量。(3)计算了桥墩的周期和频率,结合实际工程场地特征选取三条地震波,以墩顶位移时程、墩底剪力时程、墩底弯矩时程作为评价指标,使用动力时程法对整体现浇桥墩和装配式桥墩进行动力对比分析。结果表明,装配式桥墩延性优良,结构大位移出现时刻滞后于现浇桥墩,恢复能力强,平均位移分别仅为现浇桥墩位移平均值的48.3%、88.2%、77.4%,拥有良好的自复位能力,但整体性和刚度略逊于现浇桥墩。地震动作用下装配式桥墩节段间接缝处会产生小面积滑移和张开,滑移和张开量随桥墩节段高度升高而减小。(4)建立了桥梁不同施工阶段模型,分析在裸墩阶段、最大悬臂阶段和全桥阶段中,不同工况下装配式桥墩的高墩刚构桥稳定性能,得到性能变化规律,并从稳定性的方面对装配式桥墩进行全桥适用度验证。结果显示,自重对稳定性影响最大,且三个阶段中各工况下最小稳定性系数分别为35.01、17.13、18.97,最大悬臂阶段稳定性最差,裸墩阶段稳定性最好。装配式桥墩在桥梁施工全过程的适配性良好,满足稳定性要求。

关键词： 连续刚构桥   稳定性   静风荷载效应   温度荷载效应   施工控制  

摘要： 总结以往高墩大跨连续刚构桥施工及监控经验,得出控制桥梁稳定性的两个主要因素为随机风荷载以及日照和环境温度改变引起的荷载。通过结合实际工程,建立工农桥有限元模型,进而分析静风效应、温度效应对桥梁不同施工阶段稳定性的影响,基于自适应施工控制方法进行线形、应力监测。文本主要研究如下:(1)依据《公路桥梁抗风设计规范》、《建筑结构荷载规范》计算不同施工状态下主桥各位置处的风荷载值。对于位于山谷间的桥梁,其桥墩横桥向风荷载可参考两种规范的简单算法计算,即桥墩在10m～70m高度的风荷载按《抗风规范》计算值确定,10m高度以下与70m高度以上的风荷载按《抗风规范》计算值的1.04倍确定。(2)采用有限元软件Midas Civil建立主桥仿真模型,基于多重Ritz向量法分析其自振特性,可知主桥横向刚度较差,因此在抗风分析中着重于主桥横桥向变形。通过加载5种不同基本风速对应的横桥向风荷载值进行最高裸墩阶段、最大悬臂阶段、成桥阶段的静风荷载效应分析。结果表明:成桥阶段主梁的抗风性优于最大悬臂阶段,主墩横向变形在最高裸墩阶段最不利;主梁组合应力最大值出现在最大悬臂阶段边跨1/4位置处,在梁端、中跨合拢部位、布置主墩处发生突变,成桥阶段与最大悬臂阶段主墩整体压应力明显高于最高裸墩阶段。(3)探究均匀温度效应与非线性梯度温度效应对主梁运营阶段线形及应力的变化规律。结果显示:纵向位移最大值出现在边跨中点处,约束处的纵向位移小于远离约束位置的纵向位移,竖向位移最大值出现在中跨中点处;应力最大值出现在主梁梁端处,但季节均匀温度效应中下缘应力在边跨1/3位置达到边跨应力最大值、中跨中点处的应力达到主梁最大值。(4)根据施工现场出现工期滞后的问题,提出施工优化方案。由静风、温度荷载效应应力分析中的最不利截面位置确定监控控制断面,基于自适应施工控制方法对各控制断面进行线形、应力监测,结果表明:工农桥线形控制精度与应力均满足设计要求,结构安全稳定。

关键词： 深水大跨桥梁   动水压力   桩土相互作用   地震易损性分析   粘滞阻尼器  

摘要： 随着我国西部山区、库区基础建设的不断推进,高墩大跨连续刚构桥因其具有跨越能力强、地形适应性好、受力形式合理、墩梁一体等优点,被广泛应用于西部地区的路网建设中。然而,该类桥梁由于其所处环境的特殊性,桥梁结构往往面临着复杂多变的作用效应。以位于深水环境下的高墩大跨连续刚构桥为例,在地震作用下,桥墩振动会引起墩周水体与之产生相对运动,运动水体会对桥梁下部结构产生动水压力,继而改变桥梁动力特性。另外,有研究表明,桥梁结构与土体间的相互作用也会对桥梁结构的地震响应产生影响。但是,目前关于地震作用下高墩大跨桥梁动水压力、桩土相互作用以及二者联合作用的研究尚不够完善。 因此,本文以某库区一跨径布置为(145+260+145)m的高墩连续刚构桥为工程背景,采用OpenSEES开源平台建立桥梁有限元模型并进行时程分析。基于概率地震需求分析方法求解不同工况下桥梁模型的易损性曲线。探讨动水压力、桩土相互作用对桥梁易损性的影响,并根据分析结果对桥梁进行减震设计。本文主要研究工作如下: (1)介绍了国内外桥梁地震易损性研究现状以及易损性分析手段,详细阐述了动水压力以及桩土相互作用的计算模拟方法。采用拉丁超立方抽样法来考虑不确定性在易损性分析中的传递情况并给出了桥梁地震易损性分析流程。基于OpenSEES软件建立桥梁非线性有限元模型并根据桥址场地条件和规范要求选取了地震波记录,建立了结构-地震动样本库。 (2)分析选取了适用于高墩大跨连续刚构桥的损伤指标,决定选用桥墩系梁底截面、墩底截面以及球型钢支座作为易损性分析中的危险构件。基于概率地震需求分析方法求解不同工况下桥梁易损构件以及桥梁系统的易损性曲线。研究结果表明:球钢支座是最易损构件,地震作用下,支座与墩底截面发生四种损伤状态均有可能,而系梁底截面主要发生轻微损伤和中等损伤。考虑动水压力和桩土相互作用后,桥梁自振周期会有所增加。地震作用下,动水压力和桩土相互作用会增大易损构件的动力响应,提高其损伤超越概率。对于墩底截面而言,桩土相互作用会削弱该截面的动力响应,降低其发生损伤的可能性。考虑动水压力、桩土相互作用后,桥梁系统发生失效的概率上下界显著增大,忽略二者效应会高估桥梁的抗震性能。 (3)探究了粘滞阻尼器对高墩大跨连续刚构桥的减震控制功效,通过粘滞阻尼器参数敏感性分析,确定了最优阻尼参数。研究结果表明:在可控范围内,粘滞阻尼器阻尼系数C越大、速度指数α越小,减震控制效果越好。增设阻尼器后,主墩墩底弯矩、主墩墩顶位移均得到了有效控制,各易损构件发生损伤的失效超越概率也显著降低,证明增设粘滞阻尼器可有效提高深水高墩大跨连续刚构桥的抗震性能。

关键词： 预应力连续刚构桥   收缩徐变   预应力筋设计   预应力损失   箱梁开裂   挠度控制  

摘要： 以云南某算例桥为工程背景,针对连续刚构桥下挠及箱梁开裂等不利因素,深入分析收缩徐变、预应力损失及预应力的设计、墩梁刚度比等对挠度的影响机理。利用桥梁工程中常用的Midas Civil三维有限元软件,采用三维杆系有限单元,考虑悬臂施工方法、合拢施工顺序和运营阶段的荷载效应,建立算例桥分析模型。在收缩徐变对桥梁挠度影响中,考虑了多种收缩徐变模型,通过在算例桥模型采用各收缩徐变模型,并进行计算后得到的桥梁整体下挠、内力、应力等数据,并进行对比分析,各预测模型收缩徐变对算例连续刚构桥的影响均超过10cm,同时采用JTG3362-2018规范中的收缩徐变模型进行预测的混凝土收缩徐变的发展趋势是合理的可行的。预应力损失及桥梁预应力筋的设计对连续刚构桥下挠影响算例桥次边跨挠度最大,数值最小13cm以上。合理正确的了解和预测预应力的损失及利用恒载零弯矩的设计预应力的方法,能够对控制桥梁下挠起到至关重要的作用。对于混凝土而言,受拉开裂是很难避免的,既有施工因素也有设计运营受荷以及桥梁所在地的环境有关,梁体开裂,对梁体的刚度产生较大影响,必然增加挠度的发展,并与挠度形成恶性循环。因此控制箱梁不开裂同样是降低挠度的重要一环。通过分析预应力混凝土连续梁桥下挠及箱梁开裂等不利因素,来制定控制挠度的措施,从设计、施工、运营维修等几个方面阐述了控制挠度的方式方法。

关键词： 大跨度   连续刚构   悬臂施工   菱形挂篮   稳定性  

摘要： 以主跨跨径为(81+2×150+81)m的清水江大桥为项目背景,根据项目施工要求,对挂篮进行选型并设计模型,运用有限元计算软件对菱形挂篮结构在不同工况下的受力特点与稳定性进行模拟分析。结果表明,菱形挂篮在5种不同工况下的应力、变形和稳定性均满足要求,具有良好的安全性和稳定性。

关键词： 高墩大跨   连续刚构桥   悬臂挂篮施工  

摘要： 随着我国分段浇筑技术的不断进步,挂篮技术已经能够有效的应用到大跨度、大体型的桥梁当中。在此背景下,分析了悬臂挂篮施工技术的整体要点,阐述平行桁架、滑动等相应的挂篮模式,以新建叙毕铁路先期开工段落脚河大桥为例,介绍预应力混凝土连续刚构桥施工工艺,可为类似工程提供技术参考。

关键词： 高墩大跨刚构桥   多点多维随机地震动   降维建模   概率密度演化理论   动力反应分析  

摘要： 为了克服传统Monte Carlo模拟方法由于高维随机变量所带来的巨大挑战,本文建议了一类空间相关多点多维(mD-nV)全非平稳地震动随机场的降维模拟方法,并结合概率密度演化理论,实现了多点多维随机地震作用下高墩大跨连续刚构桥动力反应精细化分析。首先,推导了基于相干函数矩阵的多点多维全非平稳地震动随机场本征正交分解模拟公式;然后,引入随机函数的约束形式,建立了多点多维全非平稳地震动随机场的降维模型;最后,以高墩大跨连续刚构桥为工程对象,采用动力时程分析并结合概率密度演化理论,实现了桥梁结构精细化动力反应分析。结果表明本文提出的降维模型具有较好的适用性,同时,高墩大跨刚构桥在多点多维地震作用下会引起桥墩在三方向的位移反应,因此,在进行结构抗震分析时,应充分考虑多点多维随机地震输入对结构动力反应与损伤失效机制的影响。

关键词： 交通现代化   桥梁   连续刚构桥  

摘要： 近几年,交通现代化速度较以往有所加快,文章以此为背景,在对高墩刚构桥进行介绍的基础上,围绕某跨库大桥项目展开了讨论,强调要想使刚构桥价值得到实现,关键是要以现场情况为依据确定设计方案,并在此基础上对施工期间需要重点关注的内容进行了总结,供相关人员参考。

关键词： 桥梁工程   刚构桥   动水力   流固耦合   动力响应   实测和模拟  

摘要： 为研究深水环境对高墩大跨刚构桥自振特性及地震动力响应的影响,以西部某公路大跨深水连续刚构桥为对象,开展了无水和75 m水深情况下桥梁自振特性的现场测试,与基于势流体单元建立的全桥有限元模型计算结果进行了对比,对深水环境下桥梁地震动力响应规律进行了分析。结果表明,基于势流体单元的桥梁有限元模型具有良好的计算精度,桥梁自振特性与实测结果较为吻合;动水效应将改变结构的自振特性,增大结构自振周期;地震作用下动水对刚构桥结构动力响应有显著的影响,使桥梁顶部位移、底部弯矩都有不同程度增长。在深水大跨刚构桥进行抗震设计中,动水对桥梁动力响应的影响不容忽略。

关键词： 山区大跨高墩   连续刚构   自振特性   摩擦摆隔震支座   地震响应  

摘要： 对于高烈度山区桥梁,减隔震设计一直是设计人员关注的重点内容。本文以西南山区某大跨高墩连续刚构桥为例,应用通用设计软件对该桥梁进行抗震计算分析。根据抗震规范要求,采用反应谱法、时程分析法以及带摩擦摆支座的非线性时程分析法对该桥梁进行抗震计算,同时对桥墩结构进行抗震性能验算,探讨该连续刚构桥的抗震性能,为同类型桥梁提供参考。分析结果表明:采用摩擦摆支座可延长桥梁的自振周期,有效降低桥梁的内力响应、位移响应,同时在E2地震作用下桥墩结构处于弹性工作状态。