连续刚构桥主墩刚度对桥梁稳定性影响分析.doc

最新【精品】范文 参考文献 专业论文连续刚构桥主墩刚度对桥梁稳定性影响分析连续刚构桥主墩刚度对桥梁稳定性影响分析 摘要：以高墩大跨径连续刚构桥为研究对象，利用有限单元法，对典型桥梁主墩在不同刚度下的内力和稳定性进行计算分析，将其结果进行比较，得出主墩刚度对稳定性的影响，为连续刚构桥尺寸拟定时作参考。 关键词：连续刚构 主墩刚度 稳定性 中图分类号： TU997文献标识码： A 1、引言 连续刚构桥梁结构的稳定性是关系其安全主要问题之一，和强度问题有着同样重要性。由于很多大跨度桥梁采用高强度材料和薄壁结构，使得结构整体和局部的刚度有所下降，这使得稳定问题变得更加重要。 对于无缺陷的轴心受压构件，当轴心力较小的时候，构件只产生轴向压缩变形，保持直线的平衡状态。此时如有干扰力使构件发生微小的屈曲，则当干扰力失去后，构件将恢复原有的直线平衡状态。当轴心压力逐渐增加到一定的大小，如有干扰力使构件发声微弯曲，但当干扰力移走后，构件仍能保持微弯状态而不能恢复到原来的直线平衡状态，这称为随遇平衡。如果轴心压力N在稍微增加，则弯曲变形迅速的增大而使得构件丧失结构的承载能力，这种情况称为构件的弯曲屈曲或则弯曲失稳。中性平衡是从稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界状态，中性平衡时的轴力压力称为临界力,相应的截面的应力称为临界应力。无缺陷的轴心受压构件发生弯曲屈曲时候，构件的变形发生了性质上的变化，即结构由直线形式改为弯曲形式，且这种变化带有突变性。结构丧失稳定时，平衡形式发生改变，就称为发生丧失第一类稳定性，除丧失第一类稳定性外，还有第二类稳定性问题。丧失第二类稳定问题的特征是结构丧失稳定时其弯曲形式不发生改变，只是由于结构原来的弯曲变形增大不能正常工作，第二类稳定问题也称极值失稳。 稳定分析的目的是当结构不稳定的时候，求临界荷载和屈曲模态，主要包括线性和非线性稳定问题。在实际中大多数的结构的稳定问题都是非线性问题，但是线性稳定问题的力学模型比较容易分析，所以研究线性稳定问题是基础。 根据规范公路桥涵钢结构及木结构设计规范的规定，按照承载能力极限状态计算时，荷载系数为1.2，混凝土材料的安全系数是1.25，压弯构件工作条件系数为0.95，则算出构件的稳定安全系数应为1.58。所以，此时稳定安全系数的容许值不应低于上述数值。本文将以三跨连续刚构桥为工程背景，应用桥梁专业软件MIDAS/CIVIL2010建立有限元实例模型，分析桥墩顺桥向厚度变化对桥梁稳定性的影响。 2、工程概况 桥梁全长为317.50米，最大桥高76米。主桥为75+140+75米预应力混凝土连续刚构，引桥位于起点岸，为一孔20米预应力混凝土简支箱梁。主桥2、3号桥墩采用双薄壁空心桥墩，横桥向宽6.5米，顺桥向单薄壁3.0米，壁厚顺桥向0.7米，横桥向1.1米。分隔墩采用双柱式墩。桥台采用柱式桥台。 图1连续刚构桥桥型布置图(单位：cm) 3、主墩刚度变化时的稳定分析 高墩连续刚构的稳定验算一般计算裸墩阶段、最大悬臂阶段和成桥阶段，根据相关的文献研究，在最大悬臂阶段为最不利阶段，所以本文只研究最大悬臂阶段的稳定性。只计算一阶模态。本文通过改变顺桥向的桥墩宽度来改变主墩的刚度。顺桥的桥墩宽度分别为1.8米，2.1米，2.3米，2.5米，2.7米和3米，研究主墩刚度变化对桥梁稳定性的影响。 最大悬臂阶段主要考虑的施工荷载有：（1 ）自重；（2）施工荷载，计算时取桥墩左端的主梁作用有10kN/m的均布荷载，左悬臂端头作用200kN集中力，另一端空载；（3）最后一块悬臂浇筑梁段没同时施工，按一端作用800kN集中力来计算；（4）取挂篮重700kN，考虑挂篮单侧跌落，取动力放大系数为2，即把失去的重量反向放大两倍，按静力问题分析稳定性；（5）主梁和桥墩横桥风荷载 由于主梁的顺桥向的迎风面积很小，所以主梁只考虑横向风载，桥墩只考虑横向风载。横桥向的风载的计算按公路桥涵设计通用规范中的4.3.7-14.3.7-5进行计算，具体计算公式和各参数含义详见规范，其中k2即风速高度修正变化系数，按公路抗风设计规范3.2.5-1的公式进行计算，桥梁所在地的基本风速V10取桥梁所在地百年一遇离地面10米高处的风速值，为29m/s。在迈达斯2010中按梯形均布荷载加载。各种不利荷载工况组合如下： 工况1：（1）+ （2）+（5） 工况1：（1）+ （2）+（3）+ （5） 工况2：（1）+ （2）+（4）+（5） 不同工况下的稳定特征值及墩底截面内力值见表5.105.12 ，三种工况下结构的第一阶段失稳模态均为横桥向失稳。工况一顺桥向宽度为1.8米和3米时候的一阶屈曲横向失稳见下图 图2顺桥向墩宽为1.8时一阶横向失稳 图3顺桥向墩宽为3时一阶横向失稳 表1工况一作用下顺桥向墩宽减小时候的内力与一阶稳定系数 表2工况二作用下顺桥向墩宽减小时候的内力与一阶稳定系数 表3 工况三作用下顺桥向墩宽减小时候的内力与一阶稳定系数 由上表13，可以看出由于桥墩断面形式为双肢薄壁空心断面,其特点为肢墩体抗推刚度低, 即为柔性结构, 因此对于风载的考虑十分必要。不过由于计算结果可以看出来风载对稳定性影响不大，风载产生的横向弯矩也变化不大； 随桥墩截面尺寸的减小，稳定性减弱，当壁厚从3 m减小到1.8 m时 ,三种工况下最大的稳定安全系数减小了71.3%。可见墩截面的纵桥向宽度对稳定性极为敏感。 4结语 本章通过改变桥墩顺桥向墩壁厚度来改变桥墩的刚度，通过两个主墩顺桥向墩厚度等厚度变化，对桥梁的内力和稳定行进行了对比分析，通过分析，可以得出以下的结论： (l) 连续刚构桥柔性墩的刚度变化对主梁内力影响甚微，在桥梁设计时桥墩顺桥向宽度的确定可以从柔性墩功能上来分析，一是柔性墩除了传递上部恒载荷活载于基础外，要满足连续刚构桥的纵向位移，所需的柔性，由此找出顺桥向桥墩宽度。二是要满足主梁悬臂施工中产生的不平衡弯矩。 （2）连续刚构桥柔性墩的的纵桥向宽度对稳定性极为敏感。因此墩截面尺寸应在满足强度要求的同时 ,还必须满足稳定性的要求。本文只考虑了线性屈曲的变化，薄壁高墩大跨桥梁在重力和侧向风载共同作用下，其墩顶位移不容忽略，因此稳定性分析中还要考虑几何非线性因素和材料非线性的的影响，并考虑初始缺陷等因素。 参考文献 1 张永水，曹淑上，连续刚构桥薄壁墩抗推刚度计算方法研究，中外公路，2006 2 徐岳，郝宪武，张丽芳，连续刚构桥双薄壁墩参数设计方法研究，中国公路学报，2002 3 张 伟，付大喜，何海英，高墩稳定性计算，公路交通技术，2006 4 李衡山，于大涛，廖朝华，石马河特大桥高墩稳定性分析，2006 5 赵延安等，桥墩结构形式对小花沟连续刚构桥高墩稳定性影响分析，公路，2011 6 何畅，薄壁高墩连续刚构桥的空间稳定分析，公路，2005 7 李松，强士中，唐英，大跨度预应力混凝土刚构桥施工阶段的稳定性研究 ，桥梁建设，2005 8 熊文，高墩大跨连续刚构桥的稳定性与计算分析，西南交通大学，2006 9 刘进，高墩大跨连续刚构桥桥墩稳定性分析，铁道建筑，2006-最新【精品】范文