高墩大跨径连续刚构桥的空间稳定性分析

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大跨连续刚构桥实心墩与空心墩稳定效应分析

大跨连续刚构桥实心墩与空心墩稳定效应分析

大跨连续刚构桥实心墩与空心墩稳定效应分析摘要:本文依托大神高速赤泥泉1号大桥工程实践,对大跨连续刚构桥梁工程中选用的双薄壁实心墩和空心墩的力学稳定效应进行研究。

通过运用Midas-Civil【1】有限元程序进行计算,对赤泥泉1号大桥桥墩进行屈曲分析,对今后此类工程的设计、施工提供借鉴和指导作用。

关键词:双薄壁实心墩;空心墩;连续刚构;稳定效应;屈曲分析1 引言大营至神池高速公路是山西省“3纵11横11环”高速公路网规划中第三横的重要组成部分,也是山西省中北部地区西通陕、甘、宁,东达京、津、冀的重要战略通道。

赤泥泉1号大桥位于大神高速公路在山西省原平市段家堡乡赤泥泉村西南300m处,跨越一条基岩侵蚀冲沟和二级公路大忻线。

鉴于须保证以大忻线的安全运营和新建桥梁高墩的稳定,故本文运用Midas-Civil有限元程序对赤泥泉1号大桥的双薄壁实心墩和空心墩进行计算分析,以确保既有二级路和新建桥梁结构的安全。

2 工程概况全桥桥长826米,分三联布设,孔跨为(5-40米装配式预应力混凝土连续T梁)+ (66+3-122+66米预应力混凝土刚构)+(3-40米装配式预应力混凝土连续T梁)。

桥墩采用钢筋混凝土实体墩、空心墩、实心双薄壁与空心薄壁的组合墩形式,桥台采用柱式台,灌注桩基础。

桥址位于黄土覆盖基岩山区,微地貌为黄土缓坡、冲沟,基岩侵蚀冲沟、斜坡、陡坎,地形起伏较大,两侧桥台与谷底相差75.0~94.4米。

项目区位于于山西省西北部原平-宁武-神池一带,桥址地层主要由Q4稍密卵石和坡积碎石、Q3湿陷性黄土(粉质粘土)以及P2s全~中风化砂泥岩组成,一般容许承载力介于170~1200kPa之间,地基强度整体较高,桥址地基稳定性较好。

小里程一侧桥台为土石复合边坡,大里程桥台为岩质边坡,两侧桥台坡向均与岩层倾向相同,均呈不利组合,且表层砂泥岩风化严重,易沿坡向滑落,综合评价,两侧边坡稳定性均较差。

3 刚构部分上部主梁构造连续刚构上部结构采用直腹板预应力混凝土箱梁,箱梁为单箱单室断面,采用纵向、竖向、横向预应力混凝土结构,箱梁顶面、底板横坡与路线横坡一致。

墩供固结体系连续系杆拱桥空间稳定性分析

墩供固结体系连续系杆拱桥空间稳定性分析

墩供固结体系连续系杆拱桥空间稳定性分析墩供固结体系连续系杆拱桥是桥梁工程领域中一种常见的桥梁结构形式,其具有承载能力强、空间利用率高等特点。

在桥梁工程设计过程中,对于这种桥梁的空间稳定性分析显得尤为重要。

本文将从几个方面对墩供固结体系连续系杆拱桥的空间稳定性进行分析,并探讨其影响因素及相关处理措施。

1. 墩供固结体系连续系杆拱桥的结构特点墩供固结体系连续系杆拱桥是一种通过墩-供-连续系杆形成的空间刚构拱桥。

其结构特点主要包括以下几点:(1)连续系杆:连续系杆是拱桥结构中的关键构件,其作用是通过连续的系杆将拱墩进行连接,形成整体刚构结构,从而能够承受桥梁的荷载。

连续系杆一般采用高强度的钢材制成,能够保证其在桥梁使用过程中的稳定性和安全性。

(2)墩-供固结:墩-供固结是指在拱桥结构中,墩体和供体之间采用固结方式连接,使得整个桥梁结构形成一个整体。

这种结构形式能够有效提高桥梁的承载能力和稳定性,是连续系杆拱桥的重要特点之一。

2. 空间稳定性分析的影响因素墩供固结体系连续系杆拱桥的空间稳定性受到多种因素的影响,主要包括以下几个方面:(1)桥梁结构参数:包括桥梁跨度、拱高、系杆间距等参数,这些参数将直接影响桥梁的空间稳定性。

(2)荷载特性:包括静荷载、动荷载、风荷载等。

这些荷载在桥梁使用过程中将对其空间稳定性产生影响。

(3)地基条件:地基条件的差异将直接影响桥梁的承载能力和稳定性。

(4)施工工艺:施工工艺的合理性将直接影响到桥梁的施工质量和稳定性。

3. 空间稳定性分析的方法针对墩供固结体系连续系杆拱桥的空间稳定性分析,一般采用有限元分析的方法。

通过建立合理的桥梁结构模型,进行静力分析、动力分析,得到结构的受力情况和变形情况,进而评估桥梁的空间稳定性。

还可以采用计算机模拟和实验验证等方法,对桥梁的空间稳定性进行分析和评估。

4. 相关处理措施在实际设计和施工中,为了提高墩供固结体系连续系杆拱桥的空间稳定性,需要采取一些相关的处理措施,具体包括以下几点:(1)合理设计:在桥梁设计过程中,应该根据桥梁的具体情况,合理确定桥梁的结构参数和荷载特性,确保桥梁的空间稳定性。

高墩大跨连续刚构桥施工稳定性分析研究

高墩大跨连续刚构桥施工稳定性分析研究
则 同时满足式 ( 2 ) 和式 ( 3 ) 的条件是
行建模 。
3 . 1 最高墩 时的稳 定性分析
由于本桥 的 1 2号墩 相对 较高 , 稳定 分析 中将其定 义为 最不利墩 。取 1 2号 主墩 为研 究对 象 , 主要考 虑 的荷载 有 : ( 1 ) 恒载 ; ( 2 ) 墩顶施工荷载 ; ( 3 ) 顺 桥 向风荷 载 ; ( 4 ) 横桥 向
( [ ] + A [ ] ) { } - 0 ( 4 ) 这就 是计算稳定安 全的特征 方程 式 , 如果方 程有 n 阶,
那么理论 上存在 n个特 征值 A 。 A : A 3 ……A 。但是 在工程 问 题中只有 最低 的特征值 或最 小的稳 定安全 系数才有 实际意 义, 这时 的特征 值为 A 即最小 稳 定特 征 值 , 临界 荷 载值 为 A { F} 。
2 0 1 3年 第 9期 ( 总第 2 3 5期)
黑 龙江交 通科技
HE L L ONGJ I ANG J I AOT O NG KE J
No. 9, 2 0 1 3
( S u m N o . 2 3 5 )
高 墩 大 跨连 续 刚构 桥 施 工稳定 性 分 析 研 究
2 工 程 概 况
根据上述荷载工况 , 可计算 得到 1 2 墩 的高墩稳定 特征
值, 如表 1 所示 。最小特 征值 为 2 8 . 8 , 说 明在高墩状 态下结
构具有较好 的稳定性 。 表1 1 2 墩各工况 稳定分析 结果
现 以河南省某高墩大跨连续刚构桥为例 , 对该桥进行 了 稳定性分析。该桥主桥上部 结构 为 ( 8 2+ 3 1 5 0+ 8 2 ) m 预应 力混凝土变截面连续刚构 , 桥宽 2 1 9 . 4 5 m, 左右 幅分 离。箱

钢管混凝土高墩连续刚构桥施工期稳定可靠度分析

钢管混凝土高墩连续刚构桥施工期稳定可靠度分析

钢管混凝土高墩连续刚构桥施工期稳定可靠度分析摘要:本文以某高速公路的某某特大桥为工程背景,根据施工期钢管混凝土高墩连续刚构桥悬臂施工特点,建立了最大悬臂施工整体稳定性可靠度分析模型。

同时对钢管混凝土主墩进行参数敏感性分析,识别主墩各参数对可靠指标的敏感程度。

通过分析表明,外包混凝土等级以及主墩钢管壁厚的变化对结构可靠性的影响比较敏感。

关键词:钢管混凝土;悬臂施工;连续刚构;可靠度;0 引言近年来,高墩大跨梁桥以其独特的优势被广泛应用,近年来得到了较快的发展[1]。

钢管混凝土作为一种轻质、高强的组合材料,在桥梁工程中的应用已越来越多。

而与一般钢筋混凝土墩柱相比,钢管混凝土墩柱的优越性主要表现在[2-3]:能够充分发挥钢管混凝土结构抗压强度大的优势;施工便捷,速度快;经济效益显著;延性好,耗能性能好,有利于抗震等。

悬臂浇注的高墩大跨刚构桥是结构随浇注梁段的增加而逐步“生长”的过程,随着悬臂长度加长,其施工恒载、施工活载、风载也都是逐步增大的。

当达到最大悬臂施工阶段时,施工荷载以及悬臂梁段自重产生的效应对整个T构的稳定可靠性最为不利。

本文结合某特大桥最大悬臂施工阶段T型刚构的稳定可靠度分析,对钢管混凝土主墩各设计变量参数作较全面分析,研究其对可靠指标的影响程度。

1 施工期抗力效应概率模型高墩大跨刚构桥其突出特点是顺桥向墩的抗推刚度小,因此它的侧向失稳变形破坏不容忽视。

在进行设计时,必须进行稳定性分析。

本文建立最大悬臂施工阶段抗力概率模型时,不考虑两幅桥梁间的横向联系,即以单薄壁高墩为分析对象。

在进行单薄壁高墩的稳定性分析时,最大悬臂施工阶段计算模型见图6.1所示,图中、表示作用在墩顶上所有竖向力之和及不平衡弯矩之和;、表示梁的惯矩及自重();、表悬臂端不平衡竖向力及弯矩。

图1 单薄壁墩侧向失稳变形侧向弯曲失稳的位移函数为。

则用能量守恒原理计算墩顶临界力可得[4]:(1.1)式中:混凝土弹性模量;墩身抗弯刚度,取墩身较小截面顺桥向抗弯刚度,一般取轴和轴的惯性矩中小的抗弯刚度;墩身自由长度;桥墩自重集度,公路桥梁的单薄壁桥墩一般都采用空心薄壁墩,本文研究对象为变截面主墩,从上而下慢慢变大,这里的自重集度是平均集度()。

高墩连续刚构桥最大悬臂稳定性分析

高墩连续刚构桥最大悬臂稳定性分析
图 1 墩 身 截 面
以顺 桥 向为 Y轴 、 桥 向为 轴 、 身方 向为 z 横 墩
件 , 照几何 尺 寸 精 确 建 立 模 型 , T 构 在 正 常 施 按 对 工 最大悬 臂状 态 、 篮 突 然 跌 落 、 荷 载 、 挂 风 墩顶 不 平
衡 堆载 等工 况下 的稳定 性进 行 分析 。
为 y , 墩身 任 意截 面处 的尺寸 为 。则
口 =n0 2 1 1 1 + k
b 一 b0 2 2 1 1+ k X
口 =口o 2 l 2 2+ 7 X
b 一 b0 2 2 2 2+ 7 X
常用 的截 面形 式 , 桥 墩 自体 的稳 定性 是 结 构 极 限 其
承载 力 的上 限 。
墩, 以有效 减小 上部 结构 的 内力 和 温度 、 收缩徐 变 砼
素 有关 。该 文只分 析单 薄壁 高墩 。单 薄壁 墩 中很 多
墩 的墩身 截 面随着 高度 呈 一 次 函数 变化 , 主梁 一 般 采 用变截 面 箱 梁 , 主梁 底 板 一 般 按 二 次 函数 变 化 。 图 1为墩 身截 面形 状 。
公 路 与 汽 运
总第 1 6期 4
H i wa gh ys Aa in 17 5
高 墩 连 续 刚构 桥 最 大 悬 臂 稳 定 性 分 析
肖勇 刚 ,李 国安
( 沙 理 工 大 学 土 木 与 建 筑 学 院 ,湖 南 长 沙 长 400) 10 4
1 薄 壁 高 墩 刚构 桥 临 界 荷 载 的 计 算
稳定 性分 析方 法 主要有 静力 平衡 法 、 能量法 、 有 限元 法等 。在 稳定 性 分 析 中 , 由于 墩 体本 身几 何 尺 寸 与材料 非线 性 的 影 响 , 难得 到精 确 解 。 当墩 身 很 高度 较大 时 , 般 采 用 变 截 面形 式 , 一 即墩 顶 尺 寸 小 、 墩 底 尺寸 大 。变截 面箱 形高墩 是 目前 大跨度 刚构 桥

连续刚构桥施工有限元计算和稳定性分析论文

连续刚构桥施工有限元计算和稳定性分析论文

4.2.5网格划分网格划分实际上就是结构离散化,即将结构离散为若干个具有有限个自由度的单元的集合体,并将分网前只具有结构几何特征的几何模型转变成结构的物理模型(有限元模型),物理模型就具有了与原结构相似的材料性能、力学特征等物理特性。

所谓的“相似”,是因为建立有限元模型时,总是要根据结构原型的力学特征采取一些假设条件进行简化处理。

所以,两者在一定精度范围内总是等效的或近似的,不可能完全一样。

在建立结构精细空间计算模型时,除满足上述原则外,尚有一个关键问题必须解决,即在进行单元的更详细划分时,如何把握一个合适的尺度。

因为不同精度的结构计算单元本身对单元的划分精细程度有不同的要求,目前学术界对这一问题还未给出定量的规定,仅给出了定性的原则:单元的划分不可过粗,这样不能保证足够的计算精度:一味的进行详细的单元划分也是不可取的,详细的单元划分将使计算单元数大幅增多,计算所需的计算机资源也将大大提高,当单元划分细到一定程度时,再进行细分单元对计算精度的提高效果已不很明显。

本文在对上述问题进行综合考虑后,通过扫略单元划分方法对其进行划分,网格划分完的有限元模型如图4—5所示,单元划分总数:27907个,其中solid65混凝士单元22739个,link8预应力钢筋单元5168个。

图4.5有限元模型网格划分4-3加载有限元分析的主要目的是考查结构或构件对一定荷载作用的响应。

因此,在分析中指定合适的荷载条件较为关键,在Ansys中,荷载包括边界条件和外部或内部作用力函数,荷载共分为六类:DOF约束、力、表面荷载、体积荷载,惯性荷载。

在结构分析中这六类荷载依次表示为:位移和边界条件、力和力矩、压力、质量、重力加速度或角速度角加速度。

本文所涉及到的荷载主要有边界条件、质量、重力加速度、压力。

本文将悬臂施工的待浇段混凝土的重量作为面压力(表面荷载)作用于前一阶段刚浇注完成并张拉了预应力柬的节段上,预应力是作为实常数中以初始应变的形式给出,鉴于在实际施工过程中,它是施工工艺的一个重要环节、是实现悬臂施工方法的决定性荷载,所以在此仍然作为荷载形式加以说明。

大跨径连续刚构桥高墩设计与稳定性

大跨径连续刚构桥高墩设计与稳定性

36
长安大学学报(自然科学版)
2006 年
兼有连续梁和 T 型刚构桥的优点,造价又低,常为
设置 1 道系梁,在 110m 以上,设置 2~3 道横系梁;
大跨径桥梁选用。近年来,中国已建成的虎门辅航
道桥主跨 270 m ,将建桥墩高达 178 m 的湖北龙潭 河特大桥;国外有挪威主 RAftsundet 桥。由此可以看出,连续
Rt=3 MPa ,则有
3EI l" , '
• 0
δ= -
~
Pl 3 一一-./ 3EI
</..<1
,,~-'-'"'
2Pl 3
1 ,,/')'>. ,..,
W =13 380 800/(0. 7X3X10 6 )=
(1)
63 718095. 24 cm 2
桥墩 α =7 m , α'=6m;b =3mJF=2m 。设
710064 ,
Shaanxi , China)
Abstract: The datum for piers design were collected from a large number of long-span rigid frame bridges which have
be巳n
built. The stability of long-span rigid frame bridges was analyzed by fi-
αAT÷L=-?P13 ,,~
(2)
是合理的,以上公式正确。 随着主墩高度的增加,其抗推刚度会很快减小,
按经验一般 α -a' = 100 cm;b-b' = 100 cm; 若 为实心墩时 i=0;bp=0; 其中 , L 为桥梁主桥全长;

略谈深水大跨连续刚构桥施工的稳定性

略谈深水大跨连续刚构桥施工的稳定性

略谈深水大跨连续刚构桥施工的稳定性预应力混凝土连续刚构桥以其结构安全合理、施工方便成熟、行车舒适平顺、跨越能力强、100~200m跨径下与其他桥型比较造价相对较低、后期养护少等优点当之无愧得成为了山区高速公路、地方县市高等级道路上跨越高谷深沟、大河淤滩的首选桥型。

由于路线布线过程中不可避免的地形、地物的限制,预应力混凝土连续刚构桥常常会碰到必须采用高墩的情况,此时桥梁结构在施工及运营中的稳定问题往往会超越刚度与强度,成为下部结构构件设计的控制性问题,尤其是桥梁悬臂施工阶段,下部结构的稳定问题更为突出。

对处于深水中的连续刚构桥梁,即使墩身本身高度不高,但桩基处于水中无侧向支承的长度较长,其刚度通过承台与墩身串联,整体受力性能与高墩类似,稳定问题同样不容轻视。

因而对该类情况下的桥梁稳定问题展开研究,意义重大。

2.稳定问题概述结构失稳指的是结构在外力增加到某一量值时稳定性平衡状态开始丧失,稍有扰动,结构变形迅速增大,使结构失去正常工作能力的现象。

一般将稳定问题分为两类:第一类为线性失稳,即分支点失稳;第二类为非线性失稳,即极值点失稳。

研究稳定问题常用的方法有静力平衡法、能量法、缺陷法等。

对于桥梁结构,由于其所具有的复杂性,更多采用的是近似求解法,主要包括两大类:一类是从微分方程出发,通过数学上的各种近似方法求解;另一类是基于能量变分原理的近似法,如有限单元法等。

本文采用有限单元法对深水大跨桥梁稳定问题展开研究。

3.工程背景本文结合某地方道路深水大跨连续刚构桥的实际施工案例,对桥梁在最大悬臂施工阶段的下部结构稳定问题进行计算分析。

该桥跨越水库,平均水深30m,主桥桥型布置为71.5m+2X130m+71.5m的预应力混凝土连续刚构桥,桥宽18m。

3个主墩全部位于深水中,桥型布置图如图3.1所示。

其中主墩采用双肢薄壁墩,单肢壁厚1.6m,最高墩高26m,承台厚4.5m,桩基长度最长为48m,其中水中无侧向支承长度30m。

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预 应力混 凝 土连续 刚构桥 开始 向薄壁 、高 墩和 大跨
径趋 势发 展 。在 山区高速 公路 的设计 建造 中,根据 实 际地形 条件 。开始 采用 平 曲线弯 曲的预应 力 混凝
土 连续 刚构桥 梁 。这 就使 其稳 定 问题 日显 突 出 ,甚
要 的是 因为第 一类 稳定 问题 和第二 类稳定 问题 有着
Absr c :Th t b lt s v r mp ra tfrt e d sg n o sr to flng s a o tn o s rg d fa ta t e sa iiy i e y i o t n o h e in a d c n tuci n o o p n c n i u u i i me l
b i g t ih p e . a i g L zp n r g s a x mp e a d b s d o lr ea t h o , h h e — i n r e wi h g i r T k n ii i g B d e a n e a l n a e n Eu e l si t e r t e tr e d me - d h i c y s n ls b l y i c lu a e y f i l me tme h d i a l h to fsa i t n l sso u h t p r g i a t i t s a c l t d b n t e e n t o .F n l t e meh d o t b l y a ay i fs c y e b i e o a i i e y i d
良好 的相关 性 ,往 往代 表着 第二类 问题 的上 限 。所 以工程 中往 往 以第 一类 稳定 问题 的计算 结果 作为设 计依据 .其 分析理 论如 下 : ( ] ) =△ + { {R} △ 有非零解 ,按线性 代数 理论 ,必有 : () 1
至 有时对 整个 结构 的受力起 控 制作用 。为 了确保 高
Bde Tn lnien 桥梁与隧道工程 rg & un g er i eE n i g
高墩 大跨径连续 刚构桥 的 空 间稳定性分析
张存 超 ,张奇伟
( 南 省交 通 规 划 勘 察 设 计 院 有 限 责任 公 司 ,河 南 郑 州 4 0 5 ) 河 5 0 2
摘 要 :在 高墩 大跨 径连 续刚 构桥 梁 的设 计 与 施 工 中 ,结 构稳 定性 非 常 重 要 。 以 栗子 坪 特 大 桥 为 工程 实例 。在 欧拉 弹性 理 论 的基 础 上 ,利 用 空 间有 限 元 法 对其 进 行 稳 定 性 分析 ,通 过 分 析 比较 ,提 出 了对 此 类 桥 型稳 定性 分 析 的 方 法 和建 议 。 关 键 词 : 高墩 ;连 续 刚构 ;稳 定 性 ;有 限元
Fr m e Br d e wih Hi h Pi r a ig t g e
Z A u - h o H N iw i H NG C n c a ,Z A G Q - e
【 n n P o ica o He a rvn il mmu iain ln igS re C nc t sPa nn uv y& De inI s tt o, t . h n z o 5 0 2 C ia o sg n tueC .Ld ,Z e gh u4 0 5 , hn ) i
中 图分 类 号 :U 4 . 4 1 5 文 献 标识 码 :A 文章 编 号 :1 0 — 7 6 2 1 ) 3 0 4 — 3 0 2 4 8 (0 2 1— 17 0
Th e - m e so a t b l y o n p n Co t u u g d r e Di n i n lS a i t fLo g S a n i o sRi i i n
l + IO 陶 [ = 网
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
() 2
在小 变 形情 况 下 ,[ 与应 力 水平 成 正 比 。 由 网 于发生 第一 类失稳 前满 足线 性假设 。多数情 况下 应 力与外 荷 载也为线 性关 系 ,因此 ,若某 种参 考荷 载
稳定 问题 可 以分 为第 一类 稳定 问题 和第二 类稳
i u g se y a a y i nd c mp rs n i h spa e . ss g e t d b n l ss a o a o n t i p r i
Ke r s i h p e ; o t u u gd f me sa i t; n t l me tme h d y wo d :h g i r c n i o sr i r n i a ; tbly f i ee n to i i e
预应 力混 凝土连 续 刚构桥 是 目前 我 国应用 比较
普 遍 的桥 型 之一 ,为 了能有效 地减小 上部 结构 的 内
力 ,减 小 温度 、混 凝 土 收缩 徐 变 以及 地震 的影 响 ,
定 问题 。第 一类稳 定 问题也 叫平衡 分支 问题 .第 二
类稳 定 问题 实 际上 是极 限荷 载 问题 。实 际 结 构 中 , 所 有 的稳定 问题都 是第 二类稳 定 问题 。第 一 类稳定 问题在 理论 方面有 重要 意义 ,不仅 求解 方便 ,更 重
墩 大跨径 连续 刚构桥 的安 全使 用 ,空 间稳 定分 析是 合 理设计 的关 键 。
本文 结合 栗子 坪特大 桥 的稳 定分 析 ,对高 墩大 跨 径连续 刚构 桥 的稳 定 问题分 析 的理 论方 法 、内容
及 结果 进行 了探讨 。
1 结构稳 定理论
当结构 处于 临界状 态下 ,即使{R】 ,{ 也 △ )
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