基于有限元模型修正的全抗扭支承曲线梁桥爬移问题研究

摘要

曲线梁桥因曲率半径的影响，处于弯扭耦合、内外侧支反力不均匀等复杂受力状态。加之相关设计规范的缺失，设计者对弯、直桥差异认识的不足以及经验设计的主观性，致使早期设计的曲线梁桥甚至新建结构不同程度出现主梁的爬移现象，且往往诱发桥梁墩身开裂、支座脱空、主梁倾覆等诸多病害，轻则影响美观、降低行车舒适性；重则出现塌桥等严重安全事故。
　　本文依托潘家湾枢纽立交EK0+138.873匝道桥，考虑主梁爬移的动态累积过程，在全抗扭支承曲线梁桥的爬移分析中引入有限元动态修正的思想，从爬移对结构的影响分析出发，提出主梁、支座径向位移及剪切变形的合理控制标准，并在支承布置因素影响分析的基础上提出爬移的有效预防和缓减措施。本文主要包括以下研究内容及结论：
　　（1）基于桥梁动静载试验，充分考虑静动态响应的“联合”作用，提出了基于动态系数的联合静动力有限元修正方法，并对依托工程初始梁格模型进行实例应用。修正结果表明，联合静动力的有限元修正技术可使各目标响应计算值与实测值的误差减少一半之多，且相较常规的联合静动力修正方法，本文方法的修正精度更高，是对联合静动力修正方法的完善，具有显著优势及推广应用价值。
　　（2）基于修正后的有限元模型，分析主梁整体爬移及其连带的支座偏移、剪切变形现象对结构的影响。结果表明，主梁径向偏移表现为与纵向偏移对各响应值一致的影响规律，但影响程度则约为其几倍或几十倍，宜以径向效应控制设计。以剪切变形为代表的爬移连带病害使结构响应成倍甚至几十倍上百倍的增加，对边墩及其上支座的受力最为不利。以边墩处支座竖向不出现负反力及径向反力不超过支座摩阻力为控制目标，确定出主梁径向位移、支座偏位、剪切变形的单指标限值，并提出合理的控制建议。综合以上分析，进一步细化和完善爬移的产生及发展过程，给出详细的阐述。
　　（3）利用修正后的有限元模型计算离心力和温度荷载对结构径向位移的贡献率，判定离心力和温度荷载为曲线梁桥爬移的主要外在因素。基于力法和虚功原理，推演出离心力及均匀变温作用下考虑剪力影响的任意截面径向位移解析公式，并用一算例验证了所推公式的正确性和有效性。进一步分析径向位移解析公式的特点，确定出爬移的关键影响因素为曲率半径、圆心角、截面特性及支承布置，爬移病害的预防应重点关注此四类因素的合理取值问题。
　　（4）通过对支承布置因素变参分析，获得了支座间距、中间支座预偏心、支撑形式、支座形式对结构的影响规律，确定出每种因素下依托工程相对最优的设置方案，提出增大支座间距，墩梁固结或双墩布设，板式支座更换为盆式支座，墩梁间设置限位装置等有效的缓减措施，并给出每种措施详细的布设要求和建议。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3存在的问题

1.4研究目的和意义

1.5研究内容

1.6本章小结

第二章 基于动态系数的有限元模型修正研究

2.1 初始有限元模型建立

2.2依托桥梁荷载试验

2.3有限元模型修正研究

2.4 本章小结

第三章 基于有限元修正模型的曲线梁桥爬移影响分析

3.1分析用荷载及荷载工况

3.2主梁整体爬移对结构的影响分析

3.3支座径向偏移对结构的影响分析

3.4支座剪切变形对结构的影响分析

3.5本章小结

第四章 基于径向位移解析解的曲线桥爬移影响因素研究

4.1关键荷载因素作用下曲线梁桥径向位移解析解

4.2算例验证

4.3曲线梁桥爬移关键影响因素分析

4.4本章小结

第五章 基于支承布置影响分析的爬移预防措施研究

5.1支承布置影响分析

5.2 曲线梁桥爬移预防及缓减措施研究

5.3本章小结

第六章 研究结论及展望

6.1研究结论

6.2研究展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢