曲线梁桥倾覆计算理论与现场事故调查研究

发布时间：2020-08-03 13:31

【摘要】：曲线梁桥凭借其众多优点而在城市立交桥、高架桥和高速公路匝道桥中有着广泛的应用。但由于其空间受力,在温度和车辆作用下结构变形计算理论相对复杂,导致近年来发生多起在超载、温度以及离心力作用下的在役曲线梁桥倒塌或偏位事故。传统倾覆机理研究还主要基于刚体转动理论,将其简化为绕着某一固定的轴线转动,误差过大,无法满足实际倾覆计算需要。而对于曲线梁桥,由于弯扭耦合、空间受力和大转动,准确的倾覆计算理论尚未得到实现。本文以两座曲线梁桥和一座直线梁桥的倒塌事故为研究对象,开展以下四个方面的研究:首先,开展倒塌现场调研取证工作,系统归纳总结可能的破坏模式,并建立相应的倾覆判断准则;其次,综合考虑箱梁变形体小转动和刚体大转动的叠加,建立了综合考虑竖向挠曲变形、径向弯曲变形及扭转变形的大转动曲线梁空间计算理论;第三,根据倒塌现场实测数据对上述计算理论进行了验证,并对影响因素进行了分析;最后,在对萧山工人路匝道桥倒塌现场残骸进行系统分析的基础上提出基于残骸间的接触对及碰撞痕迹还原倒塌过程的事故取证方法。研究结果表明:(1)曲线梁桥抗倾覆作用主要包括小变形下箱梁变形体转动、箱梁自重和大转动三部分,其中支座尺寸和箱梁线型使得自重参与抗倾覆,而大转动引起端部抗扭支座反力重分布间接抗倾覆。(2)采用综合考虑自重影响的刚体-变形体转动耦合的倾覆计算理论可以较为准确的计算曲线梁桥倾覆承载力。(3)在桥梁事故调查中,将倒塌残骸的接触对与视频观察到的运动信息相结合,可以较好的还原倒塌过程。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U447
【图文】：

桥梁倒塌,事故,匝道桥

快速发展的交通运输行业，导致车辆超载已成为较为普遍的现象。津晋高速匝道桥（2009 年 7 月）、浙江上虞春晖桥（2011 年 2 月）、哈尔滨高架桥鸿福路段上行匝道（2012 年 8 月）、广东河源粤赣高速匝道桥（2015 年 6 月）、浙江萧山工人路人行匝道桥（2017 年 4 月）等相继发生倒塌，亟待建立桥梁横向倾覆计算理论，一方面为桥梁抗倾覆设计提供理论支持，另一方面，指导桥梁抗倾覆加固，避免后续出现同类桥梁倾覆事故。部分案例如图 1-1 所示。(a) 春晖匝道桥倒塌现场 (b) 粤赣匝道桥倒塌现场

子程序,代码,箱梁

曲线梁桥倾覆计算理论与现场事故调查研究Figure 2-18. Calculation of critical overturning load采用箱梁转动到一定程度然后滑动作为判断倾覆的准则。箱梁在荷载作用下内侧（抗倾覆侧）抗扭支座首先失效，此时抗倾覆力矩由外侧（倾覆侧）未失效的抗扭支座的支反力、箱梁自重以及行驶在内侧的车辆荷载提供，倾覆力矩由外侧超载车辆提供，当倾覆力矩大于抗倾覆力矩时，箱梁开始转动，抵抗倾覆。随着刚体转动角度的增大，箱梁与支座间重力沿着接触面向下的分力（下滑力）也逐渐增大，当各桥墩（台）上梁底和支座间的下滑力之和大于摩擦力之和时，箱梁开始滑动，桥梁发生倾覆。2.3.3 基于 MATLAB 编程求解桥墩反力由于基本方程推导过程中未知量较多，故在编写代码过程中可采用 tmp 函数，将各个变量分别编写在各自的子程序中，最后再进行组合运算。如图 2-19 所示。

计算参数,主程序,反力,抗扭

浙江工业大学硕士学位论文对其进行矩阵运算，求出中间桥墩反力向量 R。而联端抗扭支座则因转弯扭耦合效应的存在，外侧（倾覆侧）的支座反力远大于内侧，而当梁覆破坏极限状态时，较大的转动角必定会使内侧抗扭支座脱空，反力联端支座的反力可为计算体系总的竖向荷载减去中间支承的反力之和。

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