高墩大跨连续刚构桥动静力计算与稳定性研究

摘要

近年来，随着我国高速公路建设逐渐由平原微丘区向山岭重丘区发展，桥墩也需要越来越高，平衡悬臂施工过程中结构状态不断变化，为了保证施工安全性及线形、应力符合设计要求，需要对施工过程中的变形、应力、动力特性和稳定性进行计算和分析。由于跨径的增大和桥墩高度的增加，桥梁结构的几何非线性、动力特性及稳定性问题也变得愈来愈重要。根据以上分析，本文具体工作如下： 首先，本文论述了高墩大跨连续刚构桥的结构受力特性，以及桥梁结构几何非线性的有限元方法、非线性方程的求解。主要以沪蓉西高速公路龙潭河特大桥为工程背景，采用大型桥梁专用有限元软件MIDAS／Civil建立桥梁的有限元模型，对全桥进行施工静力仿真分析，比较了单薄壁墩和双薄壁墩在不同墩高、壁厚情况下对结构受力的影响，重点分析了恒载作用下几何非线性对高墩大跨连续刚构桥的影响。在仿真分析中，考虑了混凝土的收缩徐变、钢筋的预应力损失和体系转换过程中边界条件变化等因素，得到了各施工阶段的应力和挠度变化值。 然后，用有限元方法计算分析了龙潭河特大桥典型工况下的自振特性，采用动力风荷载模型对桥梁典型工况进行了抗风性能分析。在上述工作的基础上，介绍了P-A效应(重力二阶效应)的分析方法，对高墩大跨连续刚构桥的P-A效应进行了分析。 最后，论述了目前桥梁结构稳定性的研究现状及存在问题，以及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。通过进一步分析得到了龙潭河特大桥悬臂施工和成桥阶段的稳定安全系数，探讨悬臂施工高墩大跨连续刚构桥结构体系、系梁设置、墩高及壁厚对稳定性的影响，得到了一些有益的结论。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2高墩大跨连续刚构桥的发展概况

1.2.1高墩大跨连续刚构桥国内外发展状况

1.2.2国内外的发展趋势

1.3高墩大跨连续刚构桥研究现状

1.4本文研究的主要内容

第2章高墩大跨连续刚构桥的结构特点

2.1高墩大跨连续刚构桥结构受力特点

2.2各部分的类型及其特点

2.2.1桥梁基础、墩台的类型和特点

2.2.2梁部结构的特点及参数的确定

2.3墩梁刚度比及墩柱形式的确定

第3章高墩大跨连续刚构桥几何非线性静力计算

3.1桥梁结构的几何非线性分析理论

3.1.1几何非线性分析理论概述

3.1.2桥梁结构几何非线性分析的有限元方法

3.1.3非线性方程求解方法及收敛准则

3.2计算实例及有限元模型

3.2.1工程概况

3.2.2有限元软件MIDAS/Civil简介

3.2.3有限元模型介绍

3.3施工静力仿真计算

3.4几何非线性静力计算分析

3.5墩柱刚度对结构的静力影响分析

3.5.1单薄壁墩与双薄壁墩的影响

3.5.2双薄壁墩墩身高度、壁厚对结构的影响

3.5.3计算分析小结

第4章高墩大跨连续刚构桥动力特性计算

4.1桥梁动力特性概述

4.2各施工阶段动力特性计算分析

4.3动力风荷载作用下桥梁计算分析

4.4动力风荷载作用下高桥墩P-△效应分析

4.4.1 P-△效应的分析方法

4.4.2动力风荷载作用下高桥墩P-△效应计算分析

第5章桥梁悬臂施工稳定性研究

5.1桥梁结构的稳定性分析理论

5.1.1稳定性分析理论概述

5.1.2稳定性分析有限元方法

5.2悬臂施工稳定性计算分析

5.2.1悬臂施工稳定性概述

5.2.2悬臂施工稳定性计算

5.2.3悬臂施工稳定性计算结果分析

5.3高墩连续刚构桥稳定性影响因素分析

5.3.1结构体系的影响

5.3.2系梁的影响

5.3.3桥墩高度、壁厚的影响

第6章全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及参加的项目