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超高墩竖向隔板对矮塔斜拉桥稳定性与抗震的影响研究

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超高墩竖向隔板对矮塔斜拉桥稳定性与抗震的影响研究

作者：成佳玲重庆交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国西部山区交通建设的迅速发展,超高墩大跨型桥梁的数量逐渐增多。在这种背景下,矮塔斜拉桥作为一种结合了连续梁桥和斜拉桥特点的新型组合桥梁,在100～300m跨径范围内得到了广泛应用。为了承担超高墩矮塔斜拉桥上部结构... 详细信息

近年来,随着我国西部山区交通建设的迅速发展,超高墩大跨型桥梁的数量逐渐增多。在这种背景下,矮塔斜拉桥作为一种结合了连续梁桥和斜拉桥特点的新型组合桥梁,在100～300m跨径范围内得到了广泛应用。为了承担超高墩矮塔斜拉桥上部结构较大的混凝土自重,通常在超高墩上设置顺桥向和横桥向的竖向隔板,形成单箱四室截面。然而,这也导致了高墩结构的复杂性和施工上的困难。目前,关于超高墩竖向隔板的设置还没有明确的标准,导致了材料的浪费。因此,本文以渝湘复线高速公路上的一座超高墩大跨预应力混凝土矮塔斜拉桥磨寨乌江特大桥为工程背景,利用有限元数值计算讨论超高墩中竖向隔板对矮塔斜拉桥的稳定性和抗震性能的影响,以期在确保结构安全的前提下,优化超高单肢薄壁墩的结构形式,从而方便施工,并可充分利用材料。本文的研究工作主要包括以下几个方面:(1)通过建立有竖向隔板和无竖向隔板的桥梁施工分析有限元模型,对比了多种工况下的静力性能。发现在成桥考虑十年收缩徐变后,不设置竖向隔板的桥梁模型的墩底弯矩比设置竖向隔板的模型要小10%。而在其他工况下,二者的差异并不明显,并且不设置竖向隔板,在恒载+活载工况下,桥墩的应力储备仍较高。(2)基于稳定性分析理论,利用ABAQUS建立了全桥墩设置竖向隔板、墩底至第三道横隔板之间设置竖向隔板、不设置竖向隔板但将竖向隔板等效到墩身以及不设置竖向隔板的桥墩模型,进行线弹性稳定性分析。其中,第四个模型的整体稳定性和局部稳定安全系数最佳。相较于设置竖向隔板的模型,不设置竖向隔板的模型整体稳定性差异不到2%。局部稳定性安全系数为78.9,与设置竖向隔板的桥墩稳定性安全系数相比减小了9%,仍然有足够的安全富裕度。在保持原桥墩的坡度和薄壁厚度不变的前提下,建立了185、216、250m的超高墩模型,都不设置竖向隔板。计算结果表明,当墩高达到250m时,此类型的超高墩仍然在第三阶模态才出现局部失稳,与216m高墩相比,整体稳定性和局部稳定性分别下降了42%和50%。基于非线性分析理论,利用ABAQUS建立了设置竖向隔板和不设置竖向隔板的桥墩模型。计算结果表明,两种模型都为整体失稳,非线性稳定安全系数的差异仅为2%。(3)基于非线性动力时程理论,采用Open SEES建立了依托工程的非线性动力模型。比较了设置竖向隔板和不设置竖向隔板的全桥模型的墩顶位移和桥墩关键截面内力响应。结果表明,竖向隔板对墩顶位移影响较小,而不设置竖向隔板的情况下,桥墩关键截面在E2地震下的抗弯性能满足要求,并且与设置竖向隔板相比富裕度基本相同。(4)通过IDA分析理论构建了该桥桥墩关键截面的易损性曲线,得到了该桥在地震作用下桥墩的损伤规律。比较了设置竖向隔板和不设置竖向隔板的情况下桥墩的塑性铰位置和易损性规律。结果表明,该桥不设置竖向隔板对墩顶的易损性曲线没有影响,虽然墩底过渡截面的损伤概率会增加,但是依旧小于墩底截面的损伤概率,并且墩底截面损伤概率相对于设置竖向隔板有所减小。

关键词：超高墩矮塔斜拉桥竖向隔板易损性稳定性

设置黏滞阻尼器的超高墩大跨铁路连续钢桁梁桥纵向减震性能研究

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中国铁道科学 2021年第6期42卷 27-38页

作者：邵长江漆启明韦旺王应良戴晓春黄辉西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中铁国际集团有限公司北京100039 中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

以某超高墩铁路连续钢桁梁桥为研究对象,运用SAP2000软件建立全桥空间有限元模型,通过动力非线性时程分析,进行设置不同参数黏滞阻尼器的超高墩大跨连续钢桁梁桥纵向减震性能研究。结果表明:合理设置阻尼器能够协同各墩受力,可显著降低... 详细信息

以某超高墩铁路连续钢桁梁桥为研究对象,运用SAP2000软件建立全桥空间有限元模型,通过动力非线性时程分析,进行设置不同参数黏滞阻尼器的超高墩大跨连续钢桁梁桥纵向减震性能研究。结果表明:合理设置阻尼器能够协同各墩受力,可显著降低支座、梁端和墩顶位移;受高阶振型影响,超高墩的墩顶位移与墩底内力响应没有直接对应关系,墩身中部弯矩响应包络图饱满、外凸;随着墩高的降低,墩身剪力及弯矩包络逐渐趋于线性,高阶振型的影响削弱,减震规律逐渐趋近中低墩;阻尼器可使超高墩的墩身地震内力重分布,有效改善墩身的剪力响应,中间2个超高墩(139和154 m)中部的弯矩响应相比无阻尼器情况分别减小约26%和27%。在进行超高墩的抗震设计时,应特别关注墩身中部的抗震性能验算。

关键词：铁路连续钢桁梁桥超高墩高阶振型黏滞阻尼器减震性能

桥隧相连超高墩连续梁桥纵向弹性地震响应特性研究

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振动工程学报 2020年第5期33卷 1024-1034页

作者：陈盈张乐张文学田雨毫北京工业大学建筑工程学院北京100124

为研究桥隧相连超高墩连续梁桥的纵向弹性地震响应特性,以某山区桥隧相连三跨连续梁桥为背景,建立碰撞分析模型,研究其纵向弹性地震响应特性,并与常规连续梁桥纵向弹性地震响应进行对比;分析了场地类型、墩高、伸缩缝间隙、滑动支座摩... 详细信息

为研究桥隧相连超高墩连续梁桥的纵向弹性地震响应特性,以某山区桥隧相连三跨连续梁桥为背景,建立碰撞分析模型,研究其纵向弹性地震响应特性,并与常规连续梁桥纵向弹性地震响应进行对比;分析了场地类型、墩高、伸缩缝间隙、滑动支座摩擦系数等因素对桥隧相连超高墩连续梁桥纵向弹性地震响应特性的影响,讨论了伸缩缝处设置橡胶缓冲装置的减震效果。研究表明:与带引桥超高墩连续梁桥相比,碰撞效应对桥隧相连超高墩连续梁桥的纵向弹性地震响应的影响更加显著;桥隧相连超高墩连续梁桥随着墩高的增加固定墩弯矩响应沿墩高出现多个极值点,固定墩墩顶剪力响应明显增加,甚至超过墩底剪力。场地类型和伸缩缝间隙均对桥隧相连超高墩连续梁桥纵向弹性地震响应有较大影响;增大滑动支座摩擦系数对超高墩连续梁桥墩底内力响应基本无影响;在伸缩缝处设置橡胶缓冲装置可以明显降低其地震响应。

关键词：纵向地震响应桥隧相连连续梁桥超高墩碰撞

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超长联大跨PC连续刚构桥结构设计

公路 2023年第5期68卷 151-157页

作者：王成程炜罗嗣碧中国公路工程咨询集团有限公司北京市100082

马莲河特大桥是甘肃境甜水堡经庆城至永和段最大的桥梁工点。该桥位于庆阳市合水县境内,主桥为超长联超高墩大跨PC连续刚构桥,主桥联长达1205.5 m,是境内联长最长的PC连续刚构桥,主墩最大墩高145.5 m,对结构设计及建造技术均提出很高要... 详细信息

马莲河特大桥是甘肃境甜水堡经庆城至永和段最大的桥梁工点。该桥位于庆阳市合水县境内,主桥为超长联超高墩大跨PC连续刚构桥,主桥联长达1205.5 m,是境内联长最长的PC连续刚构桥,主墩最大墩高145.5 m,对结构设计及建造技术均提出很高要求。主桥设计阶段充分结合环境和地形特点,并在主墩型式选择、超高边主墩优化、合龙方案选择、控制跨中下挠等多方面进行精心论证,确保结构安全、耐久,为同类型桥梁应用积累了宝贵经验。

关键词：刚构桥桥梁设计超长联大跨径超高墩 PC连续刚构

钢管混凝土箱形叠合超高墩设计与静力性能分析

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桥梁建设 2019年第6期49卷 84-89页

作者：吴庆雄佘智敏袁辉辉黄育凡福州大学土木工程学院福建福州350116 福建省土木工程多灾害防治重点实验室福建福州350116 工程结构福建省高校重点实验室福建福州350116

为了解钢管混凝土箱形叠合超高墩的设计理念和结构静力性能,以金阳河特大桥为背景,分析该类桥墩各部分作用和受力特性,并开展静力性能研究。该类桥墩内部的钢管混凝土格构柱为主要受力结构,并作为外包钢筋混凝土施工的劲性骨架;各柱肢... 详细信息

为了解钢管混凝土箱形叠合超高墩的设计理念和结构静力性能,以金阳河特大桥为背景,分析该类桥墩各部分作用和受力特性,并开展静力性能研究。该类桥墩内部的钢管混凝土格构柱为主要受力结构,并作为外包钢筋混凝土施工的劲性骨架;各柱肢钢管外包薄层钢筋混凝土以提高桥墩承载力;连接各柱肢的钢筋混凝土腹板参与抗剪。采用MIDAS Civil软件分析对比钢管混凝土箱形叠合超高墩和钢筋混凝土薄壁空心超高墩的静力性能。结果表明:最大悬臂施工阶段和成桥阶段,钢管混凝土箱形叠合超高墩的一阶弹性稳定系数大于钢筋混凝土薄壁空心超高墩;从墩顶向墩底分段增大钢管管径和壁厚,可使钢管和外包混凝土应力沿墩高方向不变;外包混凝土应力远小于钢筋混凝土薄壁空心超高墩,可采用较薄的低强度混凝土。

关键词：连续刚构桥超高墩钢管混凝土箱形叠合墩结构设计静力性能有限元法

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超高墩多塔混凝土斜拉桥纵向约束体系研究

地震工程与工程振动 2015年第1期35卷 85-93页

作者：李立峰胡思聪王连华吴文朋湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

为探讨不同纵向约束体系对超高墩多塔混凝土斜拉桥地震响应的影响,以墩高178m的赤石特大桥为研究对象,建立全桥有限元模型并进行非线性时程分析,研究了一致和非一致2种纵向约束方式下约束刚度对结构地震反应的影响,并综合对比了各类典... 详细信息

为探讨不同纵向约束体系对超高墩多塔混凝土斜拉桥地震响应的影响,以墩高178m的赤石特大桥为研究对象,建立全桥有限元模型并进行非线性时程分析,研究了一致和非一致2种纵向约束方式下约束刚度对结构地震反应的影响,并综合对比了各类典型纵向约束体系下结构的抗震效果,最后根据分析结果确定该新桥型的合理纵向约束体系。研究结果表明:一致纵向约束方式下,约束刚度对结构变形的影响较内力更加突出,设计时应以控制结构变形为主,设置较刚性的纵向约束对改善结构抗震性能更加有利;非一致纵向约束方式下,边塔约束刚度对各塔地震反应的分布有重要影响,合理设置边塔纵向约束刚度对平衡结构的响应分布非常关键;对于超高墩多塔斜拉桥而言,采用全漂浮体系和弹性约束体系,抗震效果均不是十分理想,而采用固结体系和弹性-固结体系,可在不显著增大结构内力的同时大幅降低结构变形,是比较合理的纵向约束体系。

关键词：桥梁工程超高墩多塔斜拉桥纵向约束体系约束刚度地震响应

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格构式超高墩力学分析与施工监控

合肥工业大学学报（自然科学版） 2022年第8期45卷 1079-1084,1091页

作者：程献访曹晗蒋志牛忠荣胡宗军合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 中铁四局集团钢结构建筑有限公司安徽合肥230022

文章以特大型连续钢桁梁桥悬臂拼装施工辅助结构超高墩为研究对象,合理简化超高墩和桥连接关系,分别建立钢桁梁桥和超高墩力学模型;采用有限元法分析施工过程中超高墩与钢桁梁桥之间相互作用力关系,研究桥梁悬臂施工各工况下超高墩的承... 详细信息

文章以特大型连续钢桁梁桥悬臂拼装施工辅助结构超高墩为研究对象,合理简化超高墩和桥连接关系,分别建立钢桁梁桥和超高墩力学模型;采用有限元法分析施工过程中超高墩与钢桁梁桥之间相互作用力关系,研究桥梁悬臂施工各工况下超高墩的承载性能;采用传感器在施工期间对超高墩关键部位应力进行实时监测,并对比分析应力监测数据和计算结果。实测值与有限元计算值较为吻合,表明文中建立的钢桁梁与超高墩接触关系和超高墩力学分析是准确的,从而确保了大型桥梁的施工安全。

关键词：大型桥梁悬臂拼装超高墩有限元法施工监控

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超高墩大跨度刚构-连续梁桥抗震性能研究

世界桥梁 2020年第4期48卷 35-39页

作者：郝晓光杨未蓬唐辉中交基础设施养护集团有限公司北京100011 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

为指导超高墩大跨度刚构-连续梁桥的抗震性能优化设计,以墩高超过100m、主梁总长达480m的预应力混凝土刚构-连续梁桥--厄瓜多尔瓜亚萨明特大桥为研究对象,采用SAP2000有限元软件建立全桥模型,在动力分析的基础上,针对结构抗震性能进行... 详细信息

为指导超高墩大跨度刚构-连续梁桥的抗震性能优化设计,以墩高超过100m、主梁总长达480m的预应力混凝土刚构-连续梁桥--厄瓜多尔瓜亚萨明特大桥为研究对象,采用SAP2000有限元软件建立全桥模型,在动力分析的基础上,针对结构抗震性能进行阻尼器参数优化设计分析。结果表明:设置粘滞阻尼器可有效减小该桥墩底截面的纵向弯矩、横向弯矩和梁端的纵向地震位移,在两侧梁端布置默认速度指数为0.3的阻尼器,阻尼器的阻尼系数取12 000kN·(s/m)0.3为最优设计方式;在优化方案下,各桥墩的墩底、墩顶控制截面的抗弯、抗剪能力需求比均大于1,结构处于弹性工作范围内,抗震性能满足规范要求。

关键词：刚构-连续梁桥超高墩大跨度抗震性能阻尼器优化

超高墩大跨连续刚构整幅双主墩计算长度系数的取值研究

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城市道桥与防洪 2023年第2期 75-77页

作者：毛远文任科王海龙贵阳市城市建设投资集团有限公司贵州贵阳550023 中铁二院贵阳勘察设计研究院有限责任公司贵州贵阳550081

计算长度是受压构件承载力计算的一个重要参数。但对于规范采用的简化设计方法,构件是单独进行分析的,脱离了原来整体结构环境的约束,不能满足桥墩计算的实际需要。瓦厂特大桥主桥采用整幅双主墩,通过设置横撑将左、右幅连成一体,整体... 详细信息

计算长度是受压构件承载力计算的一个重要参数。但对于规范采用的简化设计方法,构件是单独进行分析的,脱离了原来整体结构环境的约束,不能满足桥墩计算的实际需要。瓦厂特大桥主桥采用整幅双主墩,通过设置横撑将左、右幅连成一体,整体刚度较大,通过建立空间有限元压杆模型得出构件临界荷载,由欧拉公式反推桥墩计算长度系数,从而得到更接近工程实际情况的数值,对同类桥梁具有一定的指导意义。

关键词：计算长度超高墩欧拉公式临界荷载约束