高陡边坡桥梁高墩设计与施工若干关键问题研究

摘要

随着高速公路向山区地区迅速发展,出现了大量高墩大跨桥梁,山区桥梁一旦遭到自然灾害破坏,则难以修复,因此要求桥墩结构具有良好的施工质量和较好的抗震防灾能力。本文结合具体工程实践,对高陡边坡上的高墩大跨桥梁中高墩施工中的高陡边坡的开挖及其日照温度与施工过程中桥墩的线形控制、桥墩基础约束刚度识别和桥墩抗震性能评估进行了研究。所作的具体工作如下:
　　 (1)以正在修建的山店江大桥桥基岸坡为例,基于强度折减法,建立了桩基施工各个阶段的三维实体模型,分析了桩基施工的各个阶段的边坡稳定性及整体位移、内力情况,并且以边坡塑性区是否贯通作为标准,利用逐步改变步长的搜索法求得了边坡在桩基施工前后的稳定安全系数。
　　 (2)推导了日照作用下墩顶位移的计算公式,并利用ANSYS有限元软件验证了其正确性,同时提出了温差引起墩身变形和轴线偏位的线形控制方案。
　　 (3)在瑞利法和southwell频率合成法的基础上推导了双肢薄壁墩复合振动基频近似计算公式,同时利用midas/civil软件进行了验证,所得两者计算结果相差较小,说明近似公式具有较高的精度。最后通过双肢薄壁墩复合基频近似计算公式,提出了基础约束刚度预估方法。同时通过现场桥墩动力测试实例验证了该方法的正确性。
　　 (4)在查阅大量资料的基础上,对地震易损性分析的发展和研究现状做了回顾和总结。并且结合山店江大桥1号桥墩钢筋混凝土截面进行了弯矩-曲率分析,从而确定了高墩的损伤指标,同时利用mids/civil软件,对山店江大桥1号高墩进行了非线性时程分析,得到了该桥墩的理论易损性曲线。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 桥基荷载作用下高陡边坡稳定性研究现状

1.2.2 日照温度效应研究现状

1.2.3 桥墩动力特性及基础刚度识别方法研究现状

1.2.4 桥墩抗震易损性能评估研究现状

1.3 本文研究思路及主要研究内容

第二章 桥基荷载作用下高陡边坡稳定性分析

2.1 边坡稳定性分析的有限元法

2.1.1 有限元法概述

2.1.2 强度屈服准则

2.1.3 边坡稳定性安全系数的确定

2.2 实例计算及结果分析

2.2.1 计算模型的建立

2.2.2 天然边坡应力及稳定性分析

2.2.3 桥基施工过程应力场及位移场分析

2.2.4 成桥状态下边坡应力及稳定性分析

2.3 不同参数对边坡稳定性影响分析

2.3.1 桩径的影响分析

2.3.2 桩身混凝土材料的影响分析

2.3.3 桩长的影响分析

2.3.4 桩位的影响分析

2.4 本章小结

第三章 日照辐射对高墩施工影响研究

3.1 桥墩施工完成同照作用下桥墩位移研究

3.1.1 日照温差下墩顶位移理论公式推导

3.1.2 日照作用下桥墩位移有限元分析

3.1.3 日照作用下不同壁厚桥墩位移分析

3.2 温差引起墩身变形和轴线偏位的施工控制

3.3 本章小结

第四章 双肢薄壁墩基础约束刚度识别方法研究

4.1 桥墩动力特性分析方法

4.1.1 Rayleigh能量原理

4.1.2 几种常用结构构件的振动能量

4.1.3 频率合成法

4.2 双肢薄壁墩复合振动特性研究

4.2.1 双肢薄壁高墩振动基频计算公式的推导

4.2.2 近似算法与有限元结构对比

4.2.3 墩顶连接刚度对高墩基频影响分析

4.3 双肢薄壁墩基础约束刚度识别方法研究

4.3.1 桥墩基础约束的定义

4.3.2 基础约束刚度识别的动力分析方法

4.3.3 工程实例

4.4 本章小结

第五章 高墩基于易损性能分析的抗震评估技术研究

5.1 地震反应分析方法基础

5.1.1 确定性地震分析方法概述

5.1.2 基于概率的地震作用下桥梁结构易损性分析方法

5.2 地震易损性分析方法

5.2.1 经验易损性曲线

5.2.2 理论易损曲线

5.2.3 桥梁结构损伤指标的确定

5.3 山店江大桥高墩地震易损性分析

5.3.1 有限元分析模型

5.3.2 桥墩损伤指标

5.3.3 利用非线性时程分析法建立易损性曲线

5.3.4 壁厚变化对桥墩易损性曲线的影响

5.3.5 基础约束刚度对桥墩易损性曲线的影响

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目