关键词： 连续刚构   抗震   动水作用   桩土相互作用   行波效应  

摘要： 本文以主跨220米的云南澜沧江大桥为背景,研究了深水高墩大跨连续刚构桥梁的地震响应问题。运用有限元方法进行了连续刚构桥模态分析、反应谱分析、时程分析。在进行地震反应分析过程中,考虑了桩土相互作用、动水作用和行波效应等因素对结构内力和位移反应的影响。本文主要研究内容包括:1.详细阐述了动水作用、桩土相互作用、行波效应的理论基础,对其在ANSYS中的具体模拟作了详细探讨,建立完整的桥梁计算模型;2.分析了桩—土相互作用对桥梁动力特性的影响;3.根据桥墩大部淹没在水中的特点,分析动水作用对桥梁动力特性及桥梁地震反应的影响;4.考虑竖向地震与水平地震组合输入,进行大桥的地震反应分析;5.在时程分析中考虑行波效应对桥梁地震反应的影响;6.综合了反应谱分析与时程响应分析的计算结果,得出一些初步结论。通过对澜沧江大桥的较为全面的地震反应分析,得到的成果可以为连续刚构桥梁的抗震设计提供参考。

关键词： 曲线连续刚构   地震响应   数值计算   正交试验   结构设计参数   概念设计  

摘要： 我国西部大部分地区属山岭重丘区，山高谷深、地形险峻。山区修建的桥梁，特别是高等级公路上的桥梁，其特点是桥墩高，跨径大，结构平面线形复杂。这些地区很多处于地震多发带，地震作用不可忽略。与中小跨径桥梁相比，高墩大跨径桥梁特别是曲线桥梁结构的地震响应及抗震设计更为复杂。我国现行《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)中只对跨径不超过150m的梁桥和拱桥作出了规定，而对于跨径超过150m的桥梁则未有涉及。我国现行《铁路工程抗震设计规范》(GBJ111-87)虽没有适用跨径范围限制，但明确要求“有特殊抗震要求的建筑物和新型结构应进行专门研究设计”。因此，对该类桥梁的动力性能及地震响应分析进行专题研究很有必要，并已经列为国家西部交通建设科技项目。 论文主要针对高墩大跨径曲线连续刚构桥的地震响应进行了大量的数值计算分析，初次系统地研究了结构设计参数对该类桥梁地震响应的影响规律。基于空间刚架结构的有限元方法，利用ANSYS程序建立了考虑多因素的分析模型，采用了模态分离技术对室内曲线连续刚构桥进行了动力试验，验证了模型建立的正确性。 论文首次利用正交试验表对高墩大跨连续刚构桥地震响应的敏感性参数进行了数值计算，分别考虑了墩高、下部结构计算模式、行波效应、结构跨数、地震波种类等参数对桥梁结构地震响应的影响，结果表明影响高墩大跨连续刚构桥地震响应的敏感性参数为墩高及下部结构计算模式。 对曲线连续刚构的下部结构设计参数进行了单因素分析，分别研究了墩底固结和桩土作用下单双薄壁墩、双薄壁墩截面形式、双薄壁墩间距、墩梁刚度比、系梁的设置等结构型式或设计参数对曲线连续刚构桥动力性能的影响，并以Elcentro波为例对结构进行线弹性地震时程分析。结果表明，桩土作用对曲线连续刚构桥地震响应的影响比较大，墩梁刚度比及系梁设置的道数会改变桥梁纵横向的刚度比，从而影响结构的振型序列和关键部位的地震响应，从动力性能上看，应尽量少设置系梁；而系梁设置的位置则对结构地震响应影响不明显；与单薄壁墩相比，采用双薄壁墩可以明显改善桥梁的地震响应；在材料用量相当的情况下，双薄壁实心墩桥梁综合地震响应小于空心墩的地震响应；双薄壁墩间距在常见的范围内(跨径的1／20～1／25)变化时结构地震响应的变化很小。

关键词： 连续刚构桥   随机风场模拟   静阵风响应   气动力   抖振时域分析  

摘要： 随着桥梁跨度的不断增加,桥梁的长细化使其刚度和阻尼不断下降,导致结构对风的敏感性不断增加,桥梁的抗风问题成为大跨度桥梁设计中不可忽略的一部分。分布在沿江沿海和山区峡谷地段的大跨高墩连续刚构桥高墩上部和桥面的风速会很大,导致作用在连续刚构的静力、动力风荷载都很大,而由于该类桥梁具有高轻柔的特点,对风荷载比较敏感,因此对其风致响应做一下分析具有重要的实用价值。 首先,本文直接从Shinozuka的理论出发,用George Deodatis提出的谐波合成法完成了对脉动风的模拟,在算法中引入了快速傅立叶变换,并进行了谱和相关性检验。其次,以大型通用有限元软件ANSYS建立了小沙湾黄河特大桥最大双悬臂和成桥运营阶段的有限元模型并对这两种模型进行了动力特性分析。 最后,对该桥的施工最大悬臂阶段及成桥运营阶段的静阵风荷载效应进行了计算分析。对该桥的风致振动进行了颤振、驰振稳定性的判断,并重点对该桥进行了脉动风场的抖振分析同时与该桥的静阵风响应进行了比较。从结果中发现成桥阶段和施工最大悬臂阶段静阵风响应的内力应力结果均大于抖振时域分析结果,这说明《公路桥梁抗风设计规范》中对大跨桥梁风荷载中的静阵风系数的取值是合理的;另外,施工最大悬臂阶段脉动增大系数略大于成桥运营阶段,这说明施工最大悬臂阶段对脉动风荷载的作用效果更为敏感,因此,在施工过程中应引起重视。 通过上述计算分析,其计算成果对今后同类桥梁的风致响应分析提供了一定的参考价值。

关键词： 高墩大跨梁桥   非线性分析   有限元法   稳定分析   施工阶段   成桥阶段  

摘要： 随着我国高速公路建设的蓬勃发展,桥梁建设进入了前所未有的高潮时期。高墩大跨梁桥以其独特的优势被广泛应用,近年来得到了较快的发展。那么对其进行稳定分析以及如何结合梁桥的实际情况,妥善解决设计中的各种具体问题,做出一个既满足梁桥使用功能,结构安全可靠,同时又方便施工的设计就具有重要的现实意义,并为今后在实际工作中遇到类似情况时提供一种有意义的、经验性的指导。 具体内容如下: 1.对高墩梁桥的非线性问题进行了论述,并介绍了用有限元法分析高墩非线性的原理。 2.对结构稳定性理论进行了简单介绍,比较详细地介绍了结构稳定性分析的有限元法,综合比较了两种不同的稳定分析理论的差别及其在实际工程中的适用范围。 3.阐述了高墩大跨梁桥的基本理论。以九架棚大桥为背景,采用韩国有限元软件MIDAS/Civil建模并计算,旨在分析大跨高墩连续刚构桥的结构受力特性,(包括施工阶段和成桥阶段等)并比较了线弹性与几何非线性对结构的影响;另外大跨高墩连续刚构桥的稳定性计算做了初步分析。

关键词： 悬臂施工   可靠性   刚构桥   桥墩   概率模型  

摘要： 挂篮对称悬臂施工是大跨度桥梁施工中常用的一种方法,随着悬臂长度的加长,风险也随之加大。调查分析结果表明,桥梁结构施工期事故发生概率比使用期高。因此必须重视施工期桥梁结构的可靠性分析与研究。对施工期桥梁结构进行可靠性分析可以揭示施工期结构的安全性,从而可为确定合理的施工方案提供有力的参考依据。 本文依据结构可靠度理论,对高墩大跨预应力混凝土刚构桥的施工期桥墩可靠度进行研究。 1.根据高墩大跨刚构桥的特点,建立了最大悬臂阶段和不平衡荷载最大时高墩的抗力和荷载概率模型及相关公式。 2.研究了各施工荷载的随机性,通过分析各种影响因素对可靠指标的变化程度,得到已浇梁段、施工分布活载、混凝土强度、风载和施工荷载偏差以及挂篮跌落等对高墩大跨刚构桥施工期可靠度的影响。对可靠指标β影响较大的直接或间接的因素,在实际的施工过程中应严格控制。 3.通过算例,说明了该方法能有效的分析高墩大跨刚构桥悬臂施工中的可靠性。4.得到风载对施工期可靠度影响比较大,而已浇梁段的自重偏差和挂篮荷载影响很大,特别是挂篮跌落直接关系到施工期桥梁的安全性。施工分布活载对施工期可靠度的影响比较小。 5.对于悬臂施工的高墩大跨刚构桥,严格控制自重施工误差和两端尽量同时浇注是提高可靠指标,保障安全的最有力措施。设计高墩大跨刚构桥时,应多考虑采用高标号材料。这样既能提高施工中的安全度,又能减少材料用量。由于施工分布活载对施工期可靠度的影响较小,可不必为了减小桥梁上的堆积物、施工人员数等而耽误施工工期。 本文中建立的概率模型可供设计人员进行施工阶段安全性验算时参考,归纳出的结论可为施工管理人员在实际工作当中的施工组织提供依据。

关键词： 高墩   大跨   连续刚构桥   高低墩高差   近断层   速度脉冲   非线性   反应谱  

摘要： 随着公路交通事业的发展，公路刚构桥特别是高墩大跨连续刚构桥在桥梁工程领域得到了迅猛的推广和发展。主跨及桥墩高度不断刷新纪录，而抗震规范的滞后对桥梁建设提出了新的挑战。因此，研究此类桥梁的地震响应规律可以丰富桥梁抗震设计理论，为桥梁检测和加固提供理论依据，同时为新抗震规范的制定提供参考，因而具有重要的现实意义。 本文的研究工作可分为以下两个部分： Ⅰ 高低墩高差对高墩大跨连续刚构桥的地震反应影响 本文中所涉及到的高低墩高差变化是指：低墩高度保持不变，高墩高度增加而产生的两桥墩高差上的变化。建立4个高差不同的高墩大跨刚构桥模型，将天津波和El-Centro波调整峰值加速度后作为输入地震动进行动力弹塑性分析，研究表明： (1) 对于顺桥向的地震反应，无论结构处于弹性还是弹塑性阶段，随着高低墩高差的增大，桥梁跨中及墩顶位移增大，低墩墩底内力增大，而高墩墩底内力反而减小，且低墩墩底内力大于高墩，各跨跨中加速度反应减小。 (2) 无论结构处于弹性还是弹塑性阶段，桥梁结构横桥向的地震反应较顺桥向复杂，主要表现为较柔的高墩发生的位移远大于低墩，墩底内力反应也相应的大于低墩。而跨中加速度随高低墩高差的增大并无明显变化规律。 Ⅱ 近断层速度脉冲对高墩大跨连续刚构桥的地震反应影响，可细分为两个部分： 1．具有速度脉冲的近断层地震记录的收集与整理 2．速度脉冲对结构的地震反应影响 从1994年的Northridge地震和1999年的Chi-Chi地震的记录中各选取一条典型的含有速度脉冲的地震记录，根据加速度反应谱和峰值加速度相同的原则各合成3条人工地震动，使其不再含有速度脉冲，调整峰值加速度后作为输入地震动，并对某高墩大跨连续刚构桥作动力弹塑性分析，研究表明： (1) 对于峰值加速度和反应谱相同的地震动，在弹性阶段，结构在有速度脉冲记录和无速度脉冲地震动作用下的反应差别不明显，反应谱方法是适用的；进

关键词： 高墩大跨连续刚构桥   车桥动力相互作用   冲击系数   ANSYS   行车荷载   几何非线性   刹车荷载  

摘要： 现今有关刚构桥尤其是高墩大跨连续刚构桥在汽车荷载下的动力反应研究的较少。我国现行桥梁设计规范将汽车荷载作用的冲击系数定义为桥梁基频的函数，比原规范有了很大的改进，然而对整个桥梁应用单一的冲击系数不尽合理，桥梁不同位置的动力反应是不同的，应规定不同的冲击系数；而且作为冲击系数效应值的评价尺度是着眼于弯矩还是挠度也是研究的课题。此外，规范亦没有考虑阻尼、车辆模型、车辆运行速度等对桥梁冲击系数的影响。 本文首先介绍车桥动力相互作用的相关理论及其在ANSYS中的实现。具体内容包括：桥梁固有振动理论、静力分析理论、阻尼理论、车桥动力相互作用理论、瞬态动力学理论、几何非线性理论。然后运用ANSYS对海南三亚湾大桥进行了动力分析，并将计算结果与实验结果进行对比，以验证应用ANSYS建模及进行车桥动力相互作用分析的可行性。 本文对一座正在施工中的高墩大跨连续刚构桥在汽车荷载作用下的动力反应进行了分析。 首先对大桥进行自振特性分析，分别采用空间四节点弹性壳单元SHELL63和空间二节点弹性梁单元BEAM44单元进行建模。SHELL63单元既具有弯曲能力和又具有膜力，可以看成是平面应力单元和平板弯曲单元的组合。BEAM44单元可以承受拉压、弯曲、扭转，当不考虑剪切变形的影响时，其弹性刚度矩阵即为采用经典梁理论推导出的空间梁单元的刚度矩阵。 然后分析行车荷载作用下桥梁不同位置的动力反应、车辆运行速度对动力反应的影响、选取弯矩或者挠度作为冲击系数评价尺度的差异以及桥梁阻尼、车辆荷载模型等对结构动力反应的影响。由于车辆的重量与桥梁的相比很小，所以将车辆简化为力的模型，作用在模型的节点上。其中又将力的模型分为常量力模型以及常量力与简谐力的叠加模型两种。 高墩大跨连续刚构桥中由于高墩的柔性使得桥梁的几何非线性不可忽略。本文考虑高墩几何非线性(P—△效应)，分析了行车荷载以及刹车荷载作用下刚构桥的动力冲击效应。通过较全面的分析，获得了一些有参考价值的结论。

关键词： 高墩大跨   连续刚构桥   施工技术   施工控制  

摘要： 预应力混凝土连续刚构桥以其施工简便、造价经济、受力合理、行车舒适等独特优势在近年来得到了迅速崛起,在主跨100～300m范围内几乎成为首选桥型。而在预应力混凝土连续刚构桥悬臂施工过程中,己建成梁段的线形在后期施工中是不可调节的,因此为了保证大桥的顺利合拢及成桥线形满足设计要求,同时成桥内力控制在设计容许范围内,必须在桥梁施工过程中进行施工控制工作。 目前,国家加大了对西部开发的力度,由于地形的限制和影响,大跨度连续刚构桥在山区得到了越来越多的应用,因此有必要对其关键施工技术进行系统的总结,以便为同类桥梁的设计与施工提供有益的参考。 本文结合贵州崇溪河至遵义高速公路开肩堡特大桥工程,主要做了以下工作: 1、对预应力混凝土连续刚构桥施工中的技术难点进行了较为全面的总结,分析研究了在喀斯特地区施工桩基的不利因素并提出了具体的控制方法,详细阐述了预应力施工工艺、合拢段施工、自锚式轻型挂篮的设计与应用等悬臂浇筑施工的关键施工技术,并对挂篮的受力进行了分析检算。 2、研究了连续刚构桥悬臂浇筑施工的控制理论及施工控制的影响因素,分析徐变及长期运营影响,得出具有一定实用性的立模标高公式。

关键词： 薄壁高墩   延性   抗震设计   时程分析   大质量法   行波效应  

摘要： 现代化城市的高速发展,使得对交通线的依赖性越来越强,而一旦地震使交通线遭到破坏,可能导致的生命财产以及间接经济损失也越来越大。了解桥梁的震害及产生的原因是建立正确的抗震设计方法、采取有效抗震措施的科学依据。 随着预应力技术和悬臂施工方法日趋成熟,大跨连续刚构桥也越来越受到设计者的青睐。山区道路要求修建更多的高桥,因此桥墩越来越高,桥墩也由实心变为空心。虽然连续刚构桥采用墩梁固接,具有良好的抗震性能,但在地震时墩顶较大的位移和主梁内力的明显改变将可能导致结构局部破坏。近10年来,钢筋混凝土墩柱的大量损坏成为桥梁震害的新特点,桥梁在地震作用下的破坏很多情况是从桥墩开始的,而桥墩的破坏反过来引起桥跨结构的倒塌。因此,研究桥墩的地震反应,将对整个桥梁工程的抗震研究起到关键作用。目前对于薄壁墩振动特性的研究尤其是延性抗震的研究较少,桥梁抗震设计规范中也少有提及,研究薄壁墩的地震反应,对于完善我国桥梁抗震设计规范具有重要的意义。 本论文针对大跨度桥梁结构抗震分析的研究现状,以内蒙古黄河小沙湾特大桥为算例,采用了多级设防原则,着重介绍了桥梁在大震下的延性设计方法。编制了桥墩截面的弹塑性M-φ关系程序,并验算了桥墩的抗弯、抗剪强度。提出了将大质量法理论与Clough的拟静力位移概念相结合的时程分析方法,建立考虑行波效应的运动方程,提出了其在数值计算上的实践方法,该时程分析方法较之以前的相对位移法,能考虑地基平动,得到结构的绝对位移。同时研究了大跨度桥梁结构的建模方法、动力特性和地震反应特性。分析表明,大跨度连续刚构桥的行波效应的影响较为显著。

关键词： 高墩大跨连续刚构桥   稳定性   能量法   稳定系数  

摘要： 以稳定性理论为基础,用能量法推导了线弹性情况下高墩大跨连续刚构桥的高墩自体稳定性、悬浇施工稳定性和全桥稳定性的稳定系数的理论计算公式.与软件计算结果相比,二者吻合较好.