1、 国内图书分类号： TU448.14 密级：公开 国际图书分类号： 西 南 交 通 大 学 研 究 生 学 位 论 文 大跨连续刚构桥 静动力计算分析 和长期下挠问题探讨 年 级 二 一一 级 姓 名 何 小 军 申请学位级别 工 学 硕 士 专 业 桥梁与隧道工程 指导老 师 郑凯锋 教授 二 一 三 年 九 月Classified Index： TU448.14 U.D.C: Southwest Jiaotong University Master Degree Thesis STATIC construction process simulation; seismic response;
2、 partial stress analysis; long-term deflection 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 III 页 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 大跨连续刚构桥的发展历程 . 1 1.3 大跨连续刚构桥的结构特点 . 2 1.4 大跨连续刚构桥 主梁 长期过量下挠问题 . 2 1.5 本文主要研究内容 . 4 第 2 章 大跨连续刚构桥设计方案和施工与运营计算建模 . 5 2.1 引言 . 5 2.2 设计方案 . 5 2.3 施工阶段划分 . 6 2.4 施工全过程建模 . 8 2.4.1 有限元模型的建立 . 8 2.4.2 边界
3、条件和临时连接的模拟 . 8 2.4.3 施工阶段荷载和合龙施工的模拟 . 9 2.4.4 模型中材料参数的定义 . 9 2.5 桩 -土作用 和墩 -水相互作用的模拟 . 10 2.5.1 桩 -土相互作用的模拟 . 10 2.5.2 墩 -水相互作用的模拟 .11 2.6 本章小结 . 13 第 3 章 大跨连续刚构桥合龙顶推力计算和施工与运营计算分析 . 14 3.1 引言 . 14 3.2 合龙顶推力优化计算分析 . 14 3.3 典型施工阶段计算分析 . 17 3.3.1 悬臂施工全 过程悬臂根部内力与变形计算分析 . 17 3.3.2 边跨合龙阶段主梁内力与变形计算分析 . 20
4、3.3.3 施加合龙顶推力阶段主墩内力与变形计算分析 . 24 3.3.4 中跨合龙阶段主梁内力与变形计算分析 . 26 3.3.5 二期恒载施工阶段主梁内力与变形计算分析 . 28 3.4 成桥运营阶段计算分析 . 29 3.4.1 成桥运营阶段永久作用计算分析 . 30 3.4.2 成桥运营阶段可变作用计算分析 . 31 3.4.3 成桥运营阶段作用效应组合计算分析 . 33 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 IV 页 3.5 本章小结 . 34 第 4 章 大跨连续刚构桥动力计算分析 . 36 4.1 引言 . 36 4.2 自振特性计算分析 . 36 4.2.1 自振特性计算理论及分
5、析方法 . 36 4.2.2 最大悬臂状态自振特性计算分析 . 38 4.2.3 成桥状态自振特性计算分析 . 41 4.3 边界条件对 成桥状态 自振特性的影响分析 . 43 4.4 反应谱计算分析 . 45 4.4.1 地震动的输入 . 45 4.4.2 反应谱组合方法 . 47 4.4.3 反应谱法计算分析 . 47 4.4.4 桥墩截面验算 . 49 4.5 时程计算分析 . 50 4.5.1 时程分析法概述 . 50 4.5.2 地震动的输入 . 51 4.5.3 时程计算分析 . 52 4.5.4 桥墩截面验算 . 53 4.6 反应谱法与时程分析计算结果对比 . 54 4.7 本
6、章小结 . 56 第 5 章 大跨连续刚构桥零号块局部复杂应力计算分析 . 57 5.1 引言 . 57 5.2 零号块构造特点 . 57 5.3 ALGOR 全桥组合有限元仿真模型的建立 . 58 5.3.1 ALGOR 有限元软件简介 . 58 5.3.2 ALGOR 全桥组合有限元仿真模型概况 . 58 5.4 零号块复杂应力计算分析 . 60 5.4.1 最大悬臂状态零号块应力计算分析 . 60 5.4.2 成桥状态零号块应力计算分析 . 62 5.5 本章小结 . 64 第 6 章 大跨连续刚桥长期下挠计算分析 . 66 6.1 引言 . 66 6.2 大跨连续刚构桥长期过量下挠成因
7、分析 . 66 6.2.1 混凝土徐变的长期效应 . 66 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 V 页 6.2.2 纵向预应力损失 . 67 6.2.3 其他方面原因 . 68 6.3 徐变对长期下挠影响的计算分析 . 68 6.3.1 不同规范徐变计算模式对比 . 68 6.3.2 考虑与不考虑收缩徐变对长期变形影响的计算分析 . 70 6.3.3 环境相对湿度对长期变形影响的计算分析 . 71 6.3.4 加载龄期对长期变形影响的计算分析 . 72 6.4 纵向预应力损失对长期下挠影响的计算分析 . 74 6.4.1 全部纵向预应力损失对桥梁挠度影响的计算分析 . 74 6.4.2 顶板纵
8、向预应力损失对桥梁挠度影响的计算分析 . 75 6.4.3 腹板纵向预应力损失对桥梁挠度影响的计算分析 . 75 6.4.4 底板纵 向预应力损失对桥梁挠度影响的计算分析 . 76 6.4.5 不同位置纵向预应力损失对主梁挠度影响对比分析 . 76 6.5 活载超载对长期下挠影响的计算分析 . 77 6.6 减小长期变形的建议措施 . 78 6.7 本章小结 . 79 结论与展望 . 80 致 谢 . 82 参考文献 . 83 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目 . 86 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 1 页 第 1章 绪论 1.1 引言 连续刚构桥以其外形简洁 、 经济合理 、
9、 结构整体性好 和 行车平顺等优点，在交通事业迅猛发展的现今，成为 120m300m 跨径范围内一种极具竞争力的桥型。它是在预应力混凝土连续梁桥和 T 形刚构桥基础上发展起来，并将两者优点相结合的一种墩梁固结的新型连续结构。连续刚构桥极大地升华了梁式桥这种最古老桥型的特性，既延续了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保留了 T 形刚构桥不设支座、施工过程无需体系转换的优点，且有较大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度。它利用较高的薄壁墩柔度来适应结构由混凝 土 收缩徐变、温度变化所引起的纵向位移，从而满足特大跨径桥梁的受力要求。随着计算机技术 飞速发展，特别是桥梁设计 中计算机有限元技术的广泛使用，
10、使得 求解 多元方程 已不再是难事，加之大跨度桥梁 的 施 工 技术 不断提高，尤其 是桥梁悬臂施工 方法 的改进和成熟，对混凝土收缩、徐变、温度变化、预应力 效应 、墩台不均匀沉降等 因素 所 引起的附加内力 的 研究逐渐深入和问题的不断解决，大跨度连续刚构桥将会得到越来越广泛地应用 1。 1.2 大跨连续刚构桥的发展历程 20 世纪中期以前， 混凝土梁桥 的 施工 方法 以 满堂支架法 为主 ，这种施工方法对中、小跨径桥梁 的 施工尚能适用，但 显然已不再适用 于 大跨 径 、特大高度或 桥址处水深较深的桥梁。 1953 年，主跨 114.2m 的沃 尔 姆斯 (Worms)桥 在 原联邦
11、德国建成 ，该桥工程师 Finsterwald 在施工时， 创造性地将 悬臂拼装法 ，这一钢桥传统施工手段 应用于预应力混凝土 桥梁 ， 此举 较好 地 解决了施工中 所遇到 的难题， 且更 为 重要的是发展了预应力混凝土桥梁的一种新体系 T 形刚构，并对其他桥梁 结构 体系产生了 意义 深远的影响，在随后的桥梁建设中得到了长足的应用和发展。 1964 年，原联邦德国建成 主跨达 208m的本道夫 (Bendorf)桥，不仅再次成功地展现了悬臂 法 施工 的优越性，而且在结构 体系 上又有所创新，薄型的主墩与上部 梁 体 固结，形成了跨中带铰的连续刚构体系。1979 年，瑞士建筑师 Christian Menn 首创了混凝土连续刚构 桥，建成了 Fidire 桥 2。连续刚构体系的出现，增大了梁桥的跨越能力，大大推动了 该桥型 在大跨度桥梁中的发展，逐步在 120m300m 跨径范围内占据了主导地位 3。 1998 年，挪威建成了世界第一的主跨 301m 的 Stlma 桥和世界第二的主跨 298m的 Raftsundet 桥，将预应力混凝土连续刚构桥的跨径推向了 一个新的高峰 。 随着我国公路交通事业的迅猛发展，采用新的桥型来应对各种复杂地形的需求非
