T构—系杆拱组合体系桥静力及动力性能研究

发布时间：2020-07-29 08:30

【摘要】：在桥梁建设过程中,为满足特定建桥条件、解决实际困难、突破结构应用的瓶颈,桥梁工程师们不断地探索创新,对桥梁结构体系进行改变、组合或受力形态进行变化,桥梁结构体系也更加多样化。T构-系杆拱组合体系桥是为了更好地适应平坦的、不宜设置过大边跨的地形条件,在已有下承式拱桥基础上提出的一种极具特色的新型组合体系拱桥。本文以两个混凝土 T构-系杆拱组合体系桥方案——大连虎滩湾大桥和盘锦中桥为背景工程,对该桥型的静力性能、影响参数、极限承载力、地震响应及减震方案展开研究,主要内容如下:(1)对T构-系杆拱组合体系桥的合理拱轴线进行了研究,在拱肋自重和吊杆集中力作用下其合理拱轴线为分段悬链线,编制程序计算变截面拱在拱肋自重和吊杆集中力作用下的合理拱轴线,并给出水平力和竖向力迭代初值的取值建议,提高程序的收敛速度。讨论了确定合理拱轴线的荷载工况,对与恒载对应的分段悬链线和与恒载加1/2活载对应的分段悬链线,在恒载和活载作用下的拱肋内力进行比较分析。对等截面拱在拱肋自重和桥面系荷载作用下合理拱轴线的计算进行简化,给出了三段悬链线的方程表达。(2)结合大连虎滩湾大桥方案和盘锦中桥方案的背景工程,将T构-系杆拱组合体系桥与同等跨径的连续梁拱组合体系桥和刚架系杆拱桥进行比较分析,总结了 T构-系杆拱组合体系桥的受力特点和设计关键点,并对施工方案进行初步探讨。推导了三段悬链线拱在拱肋自重和桥面系部分均布荷载作用下的内力计算公式,并对T构-系杆拱组合体系桥的静力参数进行分析。(3)建立了大连虎滩湾大桥和盘锦中桥的全桥有限元模型。首先,按照恒载和活载同时增大的加载方式,分别对两座混凝土 T构-系杆拱组合体系桥的弹性稳定和考虑双重非线性的极限承载力进行了分析。其次,按照恒载不变、只增大活载的方式,分别探讨了活载分布方式对两座混凝土 T构-系杆拱组合体系桥极限承载力的影响。最后,对T构-系杆拱组合体系桥在两种加载方式和两种活载分布方式时的破坏过程进行总结,得到了 T构-系杆拱组合体系桥极限承载力的控制因素,并给出提高结构极限承载力的措施。(4)以盘锦中桥为背景,分别对T构-系杆拱组合体系桥在纵向、横向和竖向地震输入下的地震响应分析,并对几何非线性对地震响应的影响进行了研究。结果表明,几何非线性对钢梁的地震响应影响较大,对拱肋的地震响应有一定影响,对桥墩的地震响应影响较小,地震响应计算时应该考虑几何非线性的影响。钢-混主梁之间的支座约束条件是T构-系杆拱组合体系桥减震要重点解决的问题。(5)针对T构-系杆拱组合体系桥地震响应的特点,以盘锦中桥为背景,重点对T构-系杆拱组合体系桥的顺桥向和横桥向减震措施、阻尼器参数选择以及几何非线性对减震后结构地震响应的影响展开了详细的研究。结果表明,阻尼指数和速度指数需要合理搭配,才能发挥较好的减震效果,较大的阻尼系数不宜与过小的速度指数搭配。考虑几何非线性的影响,带剪力键的支座和粘滞阻尼器方案存在地震后不能复位的问题。弹簧和粘滞阻尼器并联方案震后可复位,但粘滞阻尼器正常使用状态下存在过于频繁振动的问题。针对这两个方案存在的问题,本文提出了带剪力键的熔断支座、弹簧与粘滞阻尼器并联的横向组合减震方案。比较分析了剪力键支座和粘滞阻尼器组合、弹簧和粘滞阻尼器并联以及带剪力键的熔断支座、弹簧与粘滞阻尼器联合控制方案三种横向减震方案的减震效果。结果表明,三种横向减震方案的减震效果没有显著差别。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.225
【图文】：

铜瓦,卢浦大桥

逑５１８ｍ，矢高为１０９．７ｍ，矢跨比为１／４．７２２。主拱圈为钢桁架，拱顶处桁架高１０．３７ｍ，拱逡逑脚处桁架高１６．１６ｍ。１９７７年建成通车，见图１．２。逡逑重庆万县长江大桥［４］为上承式拱桥，是目前世界跨径最大的钢筋混凝土拱桥。桥面逡逑距江面高１４０ｍ，桥面宽度为２４ｍ，主拱圈跨径为４２０ｍ，矢高为８４ｍ，矢跨比为１／５，逡逑悬链线拱轴系数为１．６０。拱圈截面高度为７ｍ，宽度为１６ｍ，以钢管混凝土桁架拱为劲逡逑性骨架外包Ｃ６０混凝土，形成单箱三室的箱型截面。１９９７年建成通车，见图１．３。逡逑１邋］一人逡逑图１．２美国新河谷桥逦图１．３万县长江大桥逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｎｅｗ邋Ｒｉｖｅｒ邋Ｇｏｒｇｅ邋Ｂｒｉｄｇｅ邋ｉｎ逦Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｗａｎｘｉａｎ邋Ｙａｎｇｔｚｅ邋Ｒｉｖｅｒ邋Ｂｒｉｄｇｅ逡逑Ａｍｅｒｉｃａ逡逑铜瓦门大桥［５］是一座中承式钢管混凝土拱桥，位于浙江宁波市象山县。桥面宽度为逡逑１０ｍ，主跨为２３８ｍ，矢高为４９．３５ｍ，矢跨比为１／４．８２２。主拱肋横向内倾８．５°，拱顶逡逑中心距为２．７０３ｍ，拱肋采用单片桁架。丨９９９年建成通车，见图丨．４。逡逑上海卢浦大桥［６１为１００ｍ＋５５０ｍ＋１００ｍ的三跨中承式钢箱系杆拱桥

万县长江大桥,新河,美国

干沟,庄河,梁拱组合体系,组合体系桥

逡逑肋截面采用异形钢箱截面，外形尺寸３．８ｍＸ６．４ｍ。２０１３年建成通车，见图１．６。逡逑图１．６庄河干沟大桥逡逑Ｆｉｇ．１．６邋Ｇａｎ邋ｇｏｕ邋Ｂｒｉｄｇｅ邋ｉｎ邋Ｄａｌｉａｎ逡逑另一方面，从拱桥的结构体系发展历程来看，拱桥最早的结构形式比较简单，水平逡逑推力由墩台或基础承受，为有推力拱，称之为简单体系拱。其主要特点是荷载主要由主逡逑拱承担，桥面系是局部受力与传力结构，不考虑桥面系与主拱的联合受力。．，简单体系拱逡逑因拱脚处产生水平推力，所以难以适应软土地基，极大地限制了它的发展。逡逑为了适应软土地基，通过改变拱结构的外部约束条件，水平推力由系梁承担，形成逡逑了梁拱组合体系桥。我国首座公路梁拱组合体系桥是１９２２年建成的天津杨村（今武清逡逑县）的双龙桥，是３孔钢筋混凝土下承式梁拱组合体系桥。在高强钢丝预应力索作为系逡逑杆应用到梁拱组合体系桥中之后，各种形式的梁拱组合体系桥不断在我国涌现［８］。逡逑梁拱组合体系桥分为简支梁拱组合体系桥、悬臂梁拱组合体系桥和连续梁拱组合体逡逑系桥［９］。简支梁拱组合体系桥只用于下承式

【参考文献】