特大跨度劲性骨架钢管混凝土拱桥静动力特性研究

发布时间：2020-05-31 16:51

【摘要】：近几年,凭借良好的力学性能以及施工方便等众多优点,劲性骨架钢管混凝土拱桥得到了广泛应用。本文的研究围绕郑万线某劲性骨架钢管混凝土拱桥的施工方案、施工过程分析、静力特性、动力特性等方面开展,主要研究内容及成果如下:(1)简要论述了劲性骨架钢管混凝土拱桥的发展概况以及结构特点,对其受力特性进行了简单分析,提出了本文需要研究的内容。(2)论述了劲性骨架钢管混凝土的力学性能,并详细介绍了其承载力计算理论。简要概述了劲性骨架钢管混凝土拱桥最常用的几种施工方法,并分别说明各个方法的特点及适用情况。(3)结合郑万线某特大劲性骨架钢管混凝土拱桥实例,建立其Midas Civil有限元模型,针对该桥结构特点并结合地形提出了施工方案。利用软件对施工过程进行仿真分析,得到关键施工阶段结构的受力状态以及变形情况,为施工监测提供理论依据。(4)详细分析了在成桥运营阶段主拱圈及拱上主梁的受力情况,分析了不同因素对主拱受力产生的影响。在现有研究基础上单独分析了温度变形及收缩徐变导致墩顶高度的变化,由此产生的支座沉降使得桥梁内力重分布。在有限元软件中利用支座沉降组功能模拟墩顶高度变化,得到主梁内力的变化情况。(5)计算了该劲性骨架钢管混凝土拱桥的前十阶自振特性,并分析了不同钢管壁厚、不同管内混凝土截面直径以及拱肋内倾角对自振特性的影响。然后,采用时程分析法对该桥进行抗震性能分析。为了评估高速铁路列车过桥时的状态,对该桥进行了车-桥耦合动力分析,验证了行车安全性。并分析了在不同车型、不同车速下桥梁的动力反应以及考虑温度效应+收缩徐变效应对车-桥耦合的影响。结果表明温差效应以及混凝土残余变形属于长波轨道不平顺,对桥梁动力响应的影响可以忽略不计。同一种车型随着车速的增加,对桥梁的冲击效应也愈加明显。不同车型由于车辆本身动力学性能有差异,对桥梁的动力影响也不相同,ICE3动车组对桥梁的冲击作用相对较小。
【图文】：

巫山长江大桥,重庆

重庆大学硕士学位论文际拱桥建设中[10]，其中最具代表性的便是 1996 年建成通车的青叶大桥(主跨为180m)。鉴于劲性骨架的诸多优点，我国专家也在该领域进行了大量的研究工作。到20 世纪 90 年代初竣工的主跨为 115m 四川旺苍东河大桥[11]，是国内第一座公路钢管混凝土拱桥。1995 年建成的四川攀枝花倮果金沙江大桥，为主跨 160 米劲性骨架钢管混凝土箱肋中承式拱桥[12]。1997 年建成的重庆万县长江大桥更是打破了克罗地亚克尔克桥（Krk Bridge）1980 年创造的 390m 的世界跨径纪录，成为当时世界最大跨度的劲性骨架钢管混凝土拱桥（主跨 420 米）。2005 年竣工的重庆巫山长江大桥（图 1.1），采用无支架缆索吊装法施工，成为全世界跨径最大(460m)、吊装重量最重(180t)、吊塔距离最远(576m)、钢管直径最大(F1.22m)、吊装高度最高(300m)的钢管混凝土中承式拱桥[13]。

钢骨混凝土,截面形式,钢骨混凝土结构

Fig.1.2 Cross section of steel reinforced concrete in common use abroad图 1.2 列出了欧美和日本的钢骨混凝土结构的几种常见的截面形式。由图可以看出，欧洲的截面形式比较传统，美国的形式较随意。而日本的截面形式则是最丰富的，这和其应用十分普遍是分不开的，且日本的钢骨混凝土结构规范从第 4版开始就已经把钢管混凝土结构包括在内。由于实心式钢骨混凝土具有承载力高和制作简单两大明显优势，，近年来在欧美和日本等国家得到普遍运用，日本的结构规范也都极力推荐。我国的钢骨混凝土结构最早使用于 20 世纪 50 年代工业厂房的修建中。后来，由于需要大量消耗钢材而停止使用。80 年代末我国的建筑业开始蓬勃发展，钢骨混凝土结构重新迎来生机，但一开始只在高层建筑中使用，后来才逐渐运用到拱桥当中。早期选用型钢作为拱桥骨架，随后才使用钢管混凝土结构来当做劲性骨架。由于钢管混凝土结构施工方便，拱桥跨径的突破屡次得以实现。到现在，国内己经兴建了许多劲性骨架钢管混凝土桥梁，选用的截面大多采用如图 1.3 所示的形式[24]。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441

【参考文献】