高墩曲線連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋空間行為研究.pdf

1、我國目前對高墩大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土彎連續(xù)剛構(gòu)橋的研究才剛剛起步。對于箱梁橋的研究,既有直橋也有彎橋,既有平面分析加局部空間分析,也有純空間分析。但是對于彎橋預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),采用純空間分析的比較少；進一步分階段、分工況進行空間分析的就更為缺乏。對于一般的直橋采用平面程序輔助局部空間分析即可滿足設(shè)計計算要求,對于彎橋則必須采用空間分析。目前對高墩大跨彎連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)分析的研究主要集中在剪力滯分析、扭轉(zhuǎn)分析、空間局部分析等方面,該類研究基本上是圍繞

2、單因素展開的,分析方法和成果已相對成熟,但均為“平面桿系加局部分析”和“不完全空間的三維單元”,無法達到全結(jié)構(gòu)的仿真分析。
　　 本文為西部交通建設(shè)科技項目“高墩大跨徑彎橋設(shè)計與施工技術(shù)的研究”的理論支撐,利用項目組自編的橋梁結(jié)構(gòu)空間分析軟件(BridgeKF),將空間實體單元提高到梁單元的簡單程度,實現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力自動計算、分階段模擬施工過程、自動動態(tài)規(guī)劃活載；給出了基于BridgeKF的實體單元分析的建模方法,針對高墩大跨徑預(yù)應(yīng)

3、力曲線連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋結(jié)構(gòu)進行了大量的數(shù)值計算分析,系統(tǒng)地研究了此類橋梁的空間力學(xué)行為規(guī)律,為高墩大跨徑彎橋設(shè)計和施工打下了理論基礎(chǔ)。本文的主要研究工作有:
　　 在國內(nèi)外研究成果基礎(chǔ)上,對高墩曲線連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋空間行為進行了系統(tǒng)研究,為了符合工程設(shè)計習(xí)慣,緊密結(jié)合工程實際,在對高墩曲線連續(xù)剛構(gòu)箱梁的荷載、溫差、強迫位移、收縮徐變、動態(tài)規(guī)劃、預(yù)應(yīng)力及其損失和分階段施工模擬等進行預(yù)分析后,主要針對高墩曲線連續(xù)剛構(gòu)箱梁的扭轉(zhuǎn)、剪力滯效

4、應(yīng)、橫向力學(xué)行為、薄壁墩力學(xué)行為和強迫位移下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)等五個方面進行了深入探討:(1)箱梁扭轉(zhuǎn)方面主要研究了彎曲半徑對箱梁扭矩、縱向彎矩、橫向彎矩、豎向剪力的影響及變形分析,重點分析扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。(2)剪力滯效應(yīng)方面主要研究了半徑、墩身高度、梁高比、寬跨比等因素對彎橋剪力滯效應(yīng)的影響規(guī)律。(3)橫向分析方面重點研究了箱梁結(jié)構(gòu)橫向應(yīng)力和橫向位移對荷載、彎曲半徑、預(yù)應(yīng)力和溫差變化的反應(yīng)。(4)薄壁高墩方面重點研究了曲線連續(xù)剛構(gòu)箱梁結(jié)構(gòu)的恒載、彎

5、曲半徑、預(yù)應(yīng)力和溫差變化對薄壁墩的影響。(5)強迫位移方面重點研究了結(jié)構(gòu)邊支點和主墩強迫位移對上部箱梁的影響。主要創(chuàng)新性成果有:
　　 1、經(jīng)過對不同半徑的高墩曲線連續(xù)剛構(gòu)箱梁進行分析,得出了彎曲半徑對箱梁空間內(nèi)力的影響規(guī)律。恒載作用下,受半徑影響最大的是扭矩,其次是橫向彎矩,對縱向彎矩和剪力影響較??；彎曲半徑越小,扭矩越大,內(nèi)外側(cè)位移差越大,當(dāng)彎曲半徑小于800m時,扭矩和內(nèi)外側(cè)位移差增長趨勢變大?；钶d作用下,受半徑影響最大的

6、是橫向彎矩,其次是扭矩。半徑小于800m(彎曲角大于18.3°)后,對各項內(nèi)力指標影響加劇。
　　 2、通過對高墩曲線連續(xù)剛構(gòu)箱梁剪力滯效應(yīng)的研究,給出了曲率半徑、墩身高度、梁高比、寬跨比等因素對剪力滯效應(yīng)的影響規(guī)律。恒載作用下,彎曲半徑對箱梁頂?shù)装宓募袅禂?shù)影響很大,隨著半徑的減小,內(nèi)外徑側(cè)剪力滯效應(yīng)響應(yīng)增強。當(dāng)半徑大于1200m時,半徑對箱梁剪力滯影響可忽略不計,當(dāng)半徑大于250m時,如不考慮曲率影響,采用平面程序按直橋計

7、算的誤差在25％以內(nèi)。剪力滯還受墩高、寬跨比、梁高比因素影響。墩越高,剪力滯效應(yīng)越明顯,當(dāng)高度達到40m后,對剪力滯影響趨于穩(wěn)定。寬跨比越大,剪力滯效應(yīng)越明顯；梁高比越小,剪力滯影響越明顯。
　　 3、箱梁結(jié)構(gòu)橫向應(yīng)力和橫向位移對荷載、彎曲半徑、預(yù)應(yīng)力和溫差變化的反應(yīng)的研究表明:橫向應(yīng)力受彎曲半徑影響較大；半徑越小,頂?shù)装鍣M向效應(yīng)越明顯,結(jié)構(gòu)向內(nèi)側(cè)的位移越大；受寬跨比、升降溫的影響也較大。
　　 4、曲線連續(xù)剛構(gòu)箱梁結(jié)構(gòu)

8、的恒載、彎曲半徑、預(yù)應(yīng)力和溫差變化對薄壁墩的影響研究表明:薄壁墩的內(nèi)力受自重、上部預(yù)應(yīng)力、彎曲半徑、墩高、墩截面形式、溫度等影響,半徑改變對墩側(cè)向及縱向彎矩影響較大；墩高越高,側(cè)向、縱向彎矩越小。中墩的位移主要是橫向,在最大懸臂狀態(tài)時達到最大；半徑減小,橫向位移增大。
　　 5、結(jié)構(gòu)強迫位移對上部箱梁的影響研究表明:邊跨支座下沉對邊跨的扭矩影響很大,當(dāng)邊跨內(nèi)側(cè)支座下沉1cm時,邊跨扭矩是成橋的2倍。這點必須引起工程技術(shù)人員的足夠