高墩大跨连续刚构桥稳定性与地震反应研究

摘要

自改革开放以来，随着我国国民经济水平的逐渐提升，我国交通运输事业也得到了飞速的发展。在西部大开发战略的时代背景下，高墩大跨度连续刚构桥由于能够很好地适应我国中西部偏远山区的复杂地形，因此得到广泛地运用。而随着连续刚构桥跨径与桥墩高度的不断增大，桥梁的稳定性以及抗震性能也变得越来越重要。 本文以湖北省恩施自治州宣恩县匡家坳大桥的施工过程为研究背景，结合相关规范，对高墩大跨连续刚构桥在施工各阶段的结构稳定性及其影响因素进行了全面的分析。 首先，结合国内外关于结构稳定性的研究现状，简单介绍了结构的两类稳定性问题，即分支点问题与极值点问题，并以受压杆件为例加以分析。总结了三种比较常见的求解临界荷载的方法，选用能量法与有限元法分别对主墩在自重作用下的临界荷载进行了计算，并将计算结果进行了对比分析，计算误差在百分之十以内。 其次，借用大型桥梁专用有限元软件MIDAS/Civil2015对匡家坳大桥进行了仿真模拟验算，对大桥的裸墩阶段、最大悬臂阶段以及成桥阶段的稳定性进行了全面的分析，根据施工阶段的特点找出影响各阶段结构稳定性的最不利因素，并得到安全稳定系数。在分析裸墩阶段稳定性时，同时考虑了几何非线性对稳定性的影响，发现非线性分析的结果更接近工程实际情况。对施工各阶段稳定性分析结果表明，裸墩阶段、最大悬臂阶段以及成桥阶段的稳定性均满足要求，其中桥梁的最大悬臂状态为施工过程中稳定性最不利的阶段。 最后，介绍了我国现阶段所实行的桥梁抗震设计理念与规范，综合考虑了三种方向的地震作用，利用反应谱法和动态时程分析法分别对连续刚构桥在E1地震作用下的地震响应进行了分析，得出自振特性和时程曲线，并针对变形较大的位置进行了受力分析。

目录

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第1章 引 言

1.1 高墩稳定性的研究目的和意义

1.1.1高墩在国内外的发展

1.1.2连续刚构桥高墩的特点

1.2高墩稳定性在国内外研究现状

1.2.1 国外关于稳定性的研究现状

1.2.2 国内关于稳定性的研究现状

1.3 国内地震响应研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 桥梁高墩稳定性分析理论

2.1引言

2.2受压杆件稳定性的概念

2.2.1受压杆件稳定性的概念

2.2.2两类稳定性问题的实例分析

2.3受压杆件稳定性的理论分析及求解方法

2.3.1静力平衡法（Eular法）

2.3.2能量法

2.3.3有限元法

2.4桥梁结构的两类稳定性问题的有限元分析方法

2.4.1第一类稳定性问题的有限元分析法

2.4.2第二类稳定性问题的有限元分析法

2.5 本章小结

第3章 大跨连续刚构桥的整体稳定性研究

3.1 工程背景

3.2 主墩在自重作用下的临界荷载验算

3.2.1 主墩在自重作用下的临界荷载公式推导

3.2.2 临界荷载理论值与有限元分析值对比验算

3.3 主墩在各种荷载工况下的线性屈曲稳定分析

3.3.1 各工况荷载的确定

3.3.2 高墩在各工况下屈曲稳定分析

3.4 高墩在各种荷载工况下的几何非线性屈曲稳定分析

3.5 初始缺陷对高墩稳定性的影响

3.5.1初始偏心对高墩稳定性的影响

3.5.2局部材料缺陷对高墩稳定的影响

3.6截面类型对桥墩稳定性的影响

3.7 最大悬臂时结构的稳定性分析

3.7.1最大悬臂状态下各项荷载的确定

3.7.2最大悬臂阶段稳定性比较

3.8 成桥阶段结构的稳定性分析

3.8.1 成桥阶段最不利荷载组合的确定

3.8.2 成桥阶段稳定性比较

3.9 本章小结

第4章 大跨连续刚构桥地震反应研究

4.1桥梁抗震理论

4.1.1桥梁的抗震设计标准

4.1.2 桥梁抗震分析方法

4.2 地震反应分析

4.2.1 反应谱分析

4.2.2 时程分析

4.3 分析结果对比

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢