连续刚构桥地震响应下的设计参数优化

发布时间：2020-03-22 12:17

【摘要】：连续刚构桥兼具连续梁桥和T型刚构桥的受力特点,其受力合理、外形简洁美观、具备良好的行车条件、抗震性能良好,同时其造价较低、施工方法成熟、具有较大的跨越能力、对地形地质条件适应性较好,因此连续刚构桥在实际工程中得到了广泛的应用。但是目前连续刚构桥的设计多以经验为主,辅以计算,这样的设计往往过于保守,还会存在设计缺陷的遗传性。为了使连续刚构桥的设计更加科学经济,很有必要在现有设计经验的基础上,对连续刚构桥的设计参数进行动力响应优化。而目前连续刚构桥的优化研究中,存在着优化变量选择不全面、优化目标不明确、优化目标过于单一、优化算法的选取具有随意性问题,并且对于正交试验下的优化结果没有进行相应的对比验证,以及上下部设计参数统筹考虑下优化结果是否优于仅考虑下部设计参数时的情况。针对上述存在的问题,本文主要完成以下几个方面工作:(1)根据不同设计参数对连续刚构桥受力影响,确定了优化时的设计变量和设计常量。连续刚构桥的下部设计参数中,双肢薄壁墩墩间距、薄壁墩墩厚、薄壁墩墩壁厚度以及横系梁个数为设计变量,其余设计参数均视为设计常量。连续刚构桥的上部设计参数中,边中跨比为设计变量,其余设计参数均视为设计常量。连续刚构桥上下部参数统筹考虑下,双肢薄壁墩墩间距、薄壁墩墩厚、薄壁墩墩壁厚度、横系梁支数以及边中跨比为设计变量,其余设计参数均视为设计常量。(2)对于连续刚构桥的优化目标,在地震作用下以实际作用效应和允许作用效应之比最小和疲劳损伤系数最小为优化目标。(3)对目前国内外已建成的连续刚构桥参数进行归纳整理,得出相应的使用范围。对于连续刚构桥的优化目标,在地震作用下,根据不同的地震响应情况,提出了基于E1弹性时程作用下墩底抗弯能力需求比最小和E2弹塑性时程作用下墩底延性转角需求比最小、疲劳损伤系数最小及墩底延性转角需求比和疲劳损伤系数统筹考虑下多目标函数值最小的四类优化目标。(4)在进行优化算法的选取上,本文根据多目标函数下同时取最优解的情况,采用了评价函数方法中极小距离理想点法进行多目标优化。(5)运用动力时程分析方法,对正交试验下的下部参数组合试验模型进行计算分析,得出地震响应下最优试验组合和不同设计参数对试验的影响程度。(6)基于Java语言下随机组合的筛选,进行动力时程分析计算,得出最优试验组合与正交试验下的最优组合对比。(7)统筹考虑上下部设计参数,进行动力时程分析,得出正交试验下的最优试验组合和不同设计参数对地震响应的影响,与仅考虑下部设计参数下的最优组合进行对比。
【图文】：

综合国力,大跨径,基础设施建设,挪威

图 1.1 挪威 Stolma 桥随着我国综合国力的提升和基础设施建设的需要，自 20 世纪 90 年代以来，大跨径凝土连续梁桥与连续刚构桥得到了飞速的发展。大跨 PC 连续梁桥具有以下优点:①变小；②结构受力特性好；③伸缩缝较少，造型简洁美观；④后期养护简单；⑤结构刚度大抗震能力强等优点。其中，预应力 PC 梁桥的主要断面形式是箱形截面。采用预应力混土连续刚构桥，可使桥梁的跨越能力大大增加，在大跨径连续梁桥的比选方案中，连续构桥往往成为最佳的桥型方案，到目前为止，我国跨径在 180m 以上的梁桥中，全都采了连续刚构，由此可知，连续刚构桥有着举足轻重的地位。国内建成的具有代表性的连刚构桥如表 1.1.2 所示。表 1.1.2 国内部分大跨径连续刚构桥（主跨≥160m）桥名建成年份跨径（m）边跨与主跨比截面型式黄石长江大桥 1995 162.5+3x245+162.5 0.663 单箱室虎门大桥辅航道板 1997 150+270+150 0.556 单箱室重庆嘉陵江大桥 1997 140+240+140 0.583 单箱室

连续梁桥,连续刚构桥,石板,坡长

图 1.2 石板坡长江大桥连续刚构桥相比连续梁桥主要有以下优点：（1）从受力角度来看，由于连续刚构桥的墩梁固结，而连续梁桥墩梁采用支座形连接，墩梁固结可以明显抵消零号块墩顶的负弯矩。（2）从抗震的角度来看，基于连续刚构桥墩梁固结的形式，桥墩在地震力的作用可以承载一部分水平力，不用像连续梁设置支座。（3）从形体角度来看，连续刚构整个外形相对于连续梁桥来看更加美观、协调。（4）从施工角度来看，，连续刚构桥采用悬臂施工法，无需像连续梁桥在施工过程需要临时固结墩梁。（5）从行车舒适的角度看，由于连续刚构只在桥台处设置伸缩缝，减少了伸缩缝数量，行车更为舒适平顺。上述列举了 5 个连续刚构相较连续梁桥的优点外，连续刚构还有更加显著的优点—价适中，相同跨径的情形下，连续刚构的造价比悬索桥、斜拉桥都要低。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.23

【参考文献】