桥型布置对独柱墩曲线梁桥抗倾覆性能的影响
发布时间：2019-08-08 13:00
【摘要】：以三跨连续独柱墩曲线梁桥作为基本结构,针对不同桥型布置形式建立有限元模型,利用非线性分析与接触理论考察倾覆过程中结构位移、转角及支座反力的时程变化规律。进而计算抗倾覆稳定安全系数,分析不同桥型布置下的独柱墩梁桥抗倾覆能力及倾覆力学特征,改变桥型布置以对独柱墩倾覆力学行为进行参数分析,并将规范法计算结果与有限元法计算结果进行对比。数值仿真表明:随偏载不断增大,边墩内侧支座反力首先减小直至脱空;反力重新分配后,边墩外侧支座反力增速减缓,中墩单支座反力持续增大,最终达到极限状态。通过参数分析可进一步看出:不同桥型布置形式对这一倾覆过程影响明显,边中跨比越小的独柱墩梁桥,其抗倾覆安全性能越低;如果同时曲线半径较大,则采用规范方法验算时会大大高估其抗倾覆能力,从而降低结构设计的安全性。
【图文】：
规律。进而计算抗倾覆稳定安全系数，分析不同桥型布置下独柱墩曲线梁桥抗倾覆能力及力学特征，得出桥型布置关键设计参数对独柱墩倾覆力学行为的影响。同时将规范法计算结果与有限元法计算结果进行对比，考察规范法验算不同桥型布置的独柱墩曲线梁桥抗倾覆稳定性的准确性与适用性，为该类新桥设计建设及旧桥改造加固提供分析依据，为相关规范条文的进一步修订建立理论基矗1分析结构描述1.1基本结构选择曲线跨径3×30m、曲线半径100m的独柱墩混凝土曲线连续箱梁桥作为文中研究的基本研究对象。桥梁截面及平面布置见图1，桥面全宽8.8m，行车道宽度为8m，曲线梁半径为100m。图1结构截面与平面布置形式(单位:m)Fig.1Layoutsofstructuralcross-sectionandplane(unit:m)图1中桥台采用双支座抗扭支承，两支座横向间距3.2m，沿结构中线对称布置，中墩为单支点设置且无偏心，桥台为GPZ2型号盆式支座，中墩为GPZ10型盆式支座。将支座沿圆弧外侧行车方向依次编号为①～⑥，图中箭头表示活动支座可以移动的方向，设计参数见表1。表1支座型号及参数［6－7］Tab.1Modelnumbersandparametersofbearings［6－7］编号支座规格最大转角/rad最大竖向位移/mm最大横向位移/mm①GPZ2DXF0.02±500②GPZ2SXF0.02±50±40③GPZ10GDF0.0200④GPZ10DXF0.02±500⑤GPZ2SXF0.02±1000⑥GPZ2SXF0.02±100±40利用大型有限元程序ANSYS对该基本结构进行精细化有限元建模。混凝土采用三维实体单元solid65模拟，混凝土强度等级C40;支座橡胶采用三维实体单元solid185模拟。利用面面接触单元(Targe170、Conta174)模拟主梁底面与支座面之间的接触行为;支座体竖向划分为4层单元，，中墩支座每层再划分为128个单元(径向×切向=8×16)，边墩?
第5期鲁圣弟，等:桥型布置对独柱墩曲线梁桥抗倾覆性能的影响(征求意见稿)》(JTGD62—2012)(下文中简称规范)中对抗倾覆稳定性的要求为:公路－I级车道荷载所验算得到的上部结构抗倾覆安全系数不小于2.5。为与规范保持一致性，此处亦采用公路－I级荷载进行偏载加载。有限元模型见图2。图2有限元模型Fig.2Finiteelementmodel按规范给出的最不利倾覆轴判断方法与原则，通过计算可知:当曲线梁曲线半径大于550m时，倾覆轴线为边墩外侧支座连线。当曲线半径小于550m时，对于本文中给定的桥型，见图1，中墩支座在边墩支座连线外侧，最不利倾覆轴线为两中墩支座连线，此时稳定力矩最校加载时，公路－I级荷载加载范围为倾覆轴线的外侧，同时按规范给出的车辆横向布置最小距离来定荷载的最不利偏载位置，具体可见规范相关条文与附图。加载分两步进行，第1个时间步加载重力荷载;第2个时间步加载公路－I级荷载，按最不利偏载布置(偏向曲线外侧)，并不断按倍数增大荷载直至计算发散，此时认为结构发生整体倾覆倒塌，结构功能完全失效。计入几何、材料双重非线性并考虑接触分析，跟踪结构倾覆全过程的力学行为变化［8－13］。1.2参数分析对象为研究桥型布置对独柱墩曲线梁桥抗倾覆性能的影响，以图1与图2给出的结构为基础，改变曲线梁半径形成以下10种不同的桥型布置以进行参数分析。同时，为研究边中跨比对独柱墩曲线梁桥抗倾覆性能的影响，仍以图1与图2为基础，桥梁三跨全长90m不变，曲线梁半径选为500m，建立边中跨比为1.00，0.90，0.80，0.70(中跨长分别为30，32.2，34.6，37.5m)的4种桥型布置进行参数分析。由于橡胶支座本身刚度远小于桥墩刚度，桥墩刚度在整个倾覆过程及倾覆诱因中并不占主导地位，而计算模型已详细计入支座?
【作者单位】： 安徽省交通控股集团有限公司;东南大学交通学院;
【基金】：安徽省交通运输厅科技项目(AHGS 2014-18) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(2242016R30023)
【分类号】：U441
本文编号：2524381
【图文】：
规律。进而计算抗倾覆稳定安全系数，分析不同桥型布置下独柱墩曲线梁桥抗倾覆能力及力学特征，得出桥型布置关键设计参数对独柱墩倾覆力学行为的影响。同时将规范法计算结果与有限元法计算结果进行对比，考察规范法验算不同桥型布置的独柱墩曲线梁桥抗倾覆稳定性的准确性与适用性，为该类新桥设计建设及旧桥改造加固提供分析依据，为相关规范条文的进一步修订建立理论基矗1分析结构描述1.1基本结构选择曲线跨径3×30m、曲线半径100m的独柱墩混凝土曲线连续箱梁桥作为文中研究的基本研究对象。桥梁截面及平面布置见图1，桥面全宽8.8m，行车道宽度为8m，曲线梁半径为100m。图1结构截面与平面布置形式(单位:m)Fig.1Layoutsofstructuralcross-sectionandplane(unit:m)图1中桥台采用双支座抗扭支承，两支座横向间距3.2m，沿结构中线对称布置，中墩为单支点设置且无偏心，桥台为GPZ2型号盆式支座，中墩为GPZ10型盆式支座。将支座沿圆弧外侧行车方向依次编号为①～⑥，图中箭头表示活动支座可以移动的方向，设计参数见表1。表1支座型号及参数［6－7］Tab.1Modelnumbersandparametersofbearings［6－7］编号支座规格最大转角/rad最大竖向位移/mm最大横向位移/mm①GPZ2DXF0.02±500②GPZ2SXF0.02±50±40③GPZ10GDF0.0200④GPZ10DXF0.02±500⑤GPZ2SXF0.02±1000⑥GPZ2SXF0.02±100±40利用大型有限元程序ANSYS对该基本结构进行精细化有限元建模。混凝土采用三维实体单元solid65模拟，混凝土强度等级C40;支座橡胶采用三维实体单元solid185模拟。利用面面接触单元(Targe170、Conta174)模拟主梁底面与支座面之间的接触行为;支座体竖向划分为4层单元，，中墩支座每层再划分为128个单元(径向×切向=8×16)，边墩?
第5期鲁圣弟，等:桥型布置对独柱墩曲线梁桥抗倾覆性能的影响(征求意见稿)》(JTGD62—2012)(下文中简称规范)中对抗倾覆稳定性的要求为:公路－I级车道荷载所验算得到的上部结构抗倾覆安全系数不小于2.5。为与规范保持一致性，此处亦采用公路－I级荷载进行偏载加载。有限元模型见图2。图2有限元模型Fig.2Finiteelementmodel按规范给出的最不利倾覆轴判断方法与原则，通过计算可知:当曲线梁曲线半径大于550m时，倾覆轴线为边墩外侧支座连线。当曲线半径小于550m时，对于本文中给定的桥型，见图1，中墩支座在边墩支座连线外侧，最不利倾覆轴线为两中墩支座连线，此时稳定力矩最校加载时，公路－I级荷载加载范围为倾覆轴线的外侧，同时按规范给出的车辆横向布置最小距离来定荷载的最不利偏载位置，具体可见规范相关条文与附图。加载分两步进行，第1个时间步加载重力荷载;第2个时间步加载公路－I级荷载，按最不利偏载布置(偏向曲线外侧)，并不断按倍数增大荷载直至计算发散，此时认为结构发生整体倾覆倒塌，结构功能完全失效。计入几何、材料双重非线性并考虑接触分析，跟踪结构倾覆全过程的力学行为变化［8－13］。1.2参数分析对象为研究桥型布置对独柱墩曲线梁桥抗倾覆性能的影响，以图1与图2给出的结构为基础，改变曲线梁半径形成以下10种不同的桥型布置以进行参数分析。同时，为研究边中跨比对独柱墩曲线梁桥抗倾覆性能的影响，仍以图1与图2为基础，桥梁三跨全长90m不变，曲线梁半径选为500m，建立边中跨比为1.00，0.90，0.80，0.70(中跨长分别为30，32.2，34.6，37.5m)的4种桥型布置进行参数分析。由于橡胶支座本身刚度远小于桥墩刚度，桥墩刚度在整个倾覆过程及倾覆诱因中并不占主导地位，而计算模型已详细计入支座?
【作者单位】： 安徽省交通控股集团有限公司;东南大学交通学院;
【基金】：安徽省交通运输厅科技项目(AHGS 2014-18) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(2242016R30023)
【分类号】：U441
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