独柱墩曲线钢-混组合梁桥梁体倾覆机理与抗倾覆设计方法研究

作     者：张维举 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱力

授予年度：2023年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：钢-混组合梁桥 倾覆机理 抗倾覆稳定计算 抗倾覆加固方法 

摘      要：相较于传统的钢筋混凝土梁桥,曲线钢-混凝土组合箱梁桥具有更多的优势,如较低的自身重量、更高的抗扭刚度、更短的建造周期以及更有效的空间使用。又因当前城市的土地资源日益匮乏,因此,大量的下部结构为独柱墩的曲线钢-混凝土组合箱梁桥应运而生。然而当采用独柱式桥墩作为其下部结构时,其抗倾覆稳定性能将变差,同直线桥梁相比,曲线桥梁抗倾覆能力更差,从而有很大可能引发倾覆。因此,研究独柱墩曲线钢-混凝土组合箱梁桥的倾覆机理、抗倾覆设计方法、抗倾覆稳定性以及桥梁加固技术具有重要的实际应用价值。本文基于一座三跨曲线钢-混凝土组合箱梁桥的实际工程,重点探讨了这一问题,主要研究有:(1)采用显示动力有限元分析方法对一座三跨曲线钢-混组合梁桥进行了横桥向倾覆全过程分析。综合考虑地震作用,通过桥梁结构的响应分析,确定地震动的最不利输入方向,对地震动进行最不利方向输入,对三跨曲线钢-混组合梁桥进行了地震作用下的横桥向倾覆全过程分析,结果表明:静力作用下组合梁桥倾覆过程可分为三个阶段,分别为变形体转动阶段、梁体大角度转动阶段、侧移倾覆阶段;独柱墩曲线钢-混组合梁的受力情况、破坏特征与传统的混凝土箱梁桥类似,但存在梁体显著爬移的特点;地震作用下梁桥的倾覆过程分为变形体转动阶段、梁体大角度转动阶段、梁体跌落阶段,地震动的施加使得梁桥的受力情况与破坏特征更加严峻。(2)相对于规范倾覆计算的方法,考虑桥梁自重的抗倾覆稳定计算方法更加适用于桥梁横向抗倾覆计算,针对于曲线独柱墩钢-混组合梁桥,采用能量法和变分原理,结合空间力系平衡原理,推导出独柱墩曲线钢-混组合梁桥支座反力理论计算方法,并通过MATLAB编码,结合ABAQUS有限元软件,分析桥梁长度、滑移刚度、曲率半径、联端支座间距与梁宽的比值、支座偏移、支承方式等影响因素对独柱墩曲线组合梁桥支座脱空倾向、抗倾覆稳定系数的影响,总结抗倾覆稳定性与上述因素之间的关系,同时提出切实可行的建议。(3)论述了独柱墩曲线组合梁桥的加固原则,针对于影响因素对抗倾覆稳定性的影响,提出增设盖梁并改单支座为双支座、增设墩柱、墩梁固结、设置抗拉拔装置、加大联端支座间距与梁宽比值、设置合理的支座偏心等加固方式,对三跨曲线钢-混组合梁桥进行加固改造,利用考虑桥梁自重的抗倾覆计算方法,结合理论计算方法与有限元模拟对加固方式进行相关验算。