大跨连续刚构桥双肢薄壁高墩模型试验研究

摘要

西部地区，由于受到地形条件的限制，公路桥梁须跨越陡峭的峡谷，双肢薄壁高墩大跨连续刚构桥是深沟等复杂地形条件下的理想桥型。目前，国内外学者对大跨连续刚构桥开展了大量的研究，研究成果相对成熟，但对大跨连续刚构桥双肢薄壁高墩的拟静力性能和抗推极限承载力的研究相对较少。本文以张家界太极溪特大桥主桥施工监控为工程背景，以12＃墩为研究对象，设计制作1∶16的缩尺模型，对双肢薄壁高墩的拟静力性能和抗推极限承载力进行试验研究。其主要内容如下:
　　(1)以结构模型试验基本理论为基础，根据量纲分析法推导出集中荷载作用下，模型与原型相似的应力、应变、位移相似关系。以张家界太极溪特大桥主桥12＃墩为研究对象制作试验模型。并根据试验目的设计试验加载方案、试验荷载工况，以及测试断面、测点布置和测试方案。
　　(2)利用有限元分析软件MIDAS/CIVIL2016对实桥进行有限元分析，得出实桥墩在不同工况作用下墩底截面、墩横系梁截面的应变理论值，墩顶截面的位移理论值，所得到的应变理论值和位移理论值与施工监控的实测值作对比，得知墩底截面和墩横系梁截面的应变监控实测值以及墩顶截面的位移监控实测值均小于理论计算值，且监控实测值与计算值变化趋势基本一致。
　　(3)根据实桥悬臂施工过程的实际受力工况设计模型墩的试验加载工况，对模型墩进行低周反复荷载试验，并在试验过程中观测试件的裂缝开展情况及整个破坏模式。将有限元模型计算得到的理论数据与试验数据以及试验墩试验数据与原桥墩监测数据进行对比。并且从破坏特征、滞回曲线、耗能性能、骨架曲线和刚度退化特性方面进行分析，得知双肢薄壁高墩的受力性能和破坏机理。
　　(4)利用有限元软件ANSYS建立空间有限元模型求解模型墩抗推极限承载力，并通过模型试验对比分析，得知试验墩抗推极限承载力的试验值与计算值基本相一致，且误差相对较小。将试验墩计算结果与试验结果进行相似比还原，再与原桥桥墩计算结果进行比较，发现其吻合度相对较高。
　　(5)最后，综合试验数据和理论计算数据得出了结论，提出有待研究的问题。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 连续刚构桥双肢薄壁高墩的发展概述

1．1．1 连续刚构桥的发展概述

1．1．2 双肢薄壁高墩的发展概述

1．2 模型试验的概述

1．3 国内外双肢薄壁高墩模型试验研究历史与现状

1．3．1 国外双肢薄壁高墩模型试验研究现状

1．3．2 国内双肢薄壁高墩模型试验研究现状

1．3．3 双向加载的结构试验研究及分析现状

1．4 课题背景来源

1．5 本文主要研究内容

第2章 双肢薄壁高墩试验模型的设计和制作

2．1 实桥的概况

2．2 模型的设计

2．3 模型相似关系

2．3．1 相似原理

2．3．2 相似方法

2．3．3 相似比的确定

2．4 材料力学性能

2．4．1 钢筋力学性能

2．4．2 混凝土强度

2．5 本章小结

第3章 双肢薄壁高墩试验模型的试验设计

3．1 试验目的

3．2 试验测试、测试仪器与测点布置

3．2．1 测试仪器

3．2．2 采集仪器

3．3 试验加载方案

3．4 试验加载工况

3．4．1 实桥的有限元建模

3．4．2 计算工况的选取

3．4．3 计算结果分析

3．4．4 计算数据与监测数据对比分析

3．4．5 试验加载工况的确定

3．5 本章小结

第4章 双肢薄壁高墩模型试验结果与分析

4．1 双肢薄壁墩破坏过程及现象

4．2 试验结果与计算结果对比分析

4．2．1 各个工况作用下的结构位移理论值与实测数据对比分析

4．2．2 各个工况作用下的结构应变理论值与实测数据对比分析

4．3 模型墩试验结果与原桥墩监测结果对比分析

4．4 滞回曲线与耗能性能

4．5 骨架曲线与刚度退化特性

4．6 本章小结

第5章 双肢薄壁高墩水平抗推极限承载力

5．1 极限承载力的概述

5．2 Pushover分析方法求解水平抗推极限承载力

5．2．1 Pushover分析方法的原理

5．2．2 Pushover分析方法的基本假设

5．2．3 Pushover分析方法的步骤

5．2．4 Pushover分析实例

5．3 水平抗推极限承载力的模型理论值与实测数据的对比分析

5．4 双肢薄壁高墩承载力分析

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

致谢