高墩大跨径连续刚构弯桥全过程稳定性分析

论文摘要

本学位论文以国家西部交通建设科技项目《高墩大跨径弯桥的设计与施工技术研究》的子课题《高墩大跨径弯桥的全过程稳定分析》为研究背景。 本文旨在通过大跨径桥梁稳定性分析理论、稳定性试验研究以及对大量已建的典型高墩或超高墩大跨径连续刚构桥梁进行分析，对这些桥梁的设计参数进行变化，并作出一系列的特征值屈曲分析和双非线性稳定分析，寻求影响高墩大跨径直、弯连续刚构桥稳定性的敏感性参数及内在规律，以指导该类桥梁的设计和施工。 本文在分析国内外桥梁稳定理论研究发展及现状的基础上，指出稳定问题同强度问题一样，在高墩大跨径弯桥中具有特别重要的意义，引出本文的研究内容；介绍了结构的两类稳定问题，指出实际工程结构中的稳定问题多为第二类稳定问题，通过大量的对该类桥梁的特征值屈曲分析和双非线性稳定分析进一步证明：只有通过对结构几何非线性和材料非线性本构关系的研究，才能深入揭示复杂桥梁结构稳定问题的实质。运用能量原理推导等截面及变截面高墩自体稳定临界荷载和悬臂施工阶段高墩稳定临界荷载的近似求解公式；给出了高墩大跨径连续刚构桥稳定性的有限元求解方法以及基本步骤。通过大量桥梁结构全过程稳定计算分析，以研究以下问题 1．桥梁结构稳定理论研究 对桥梁结构简化模型稳定分析的经典理论研究和对实桥稳定分析的数值计算方法研究。 2．高墩稳定分析理论研究 (1)钢筋混凝土桥墩的稳定分析。 (2)钢筋混凝土桥墩的模型试验分析。 (3)高墩墩身在施工阶段的稳定分析。 (4)高墩在上部梁段悬臂浇筑施工阶段的稳定分析。分析上部施工阶段最不利状态，考虑自重、风荷载及挂篮跌落等状态。 (5)高墩在成桥营运阶段的稳定性分析。分析营运阶段各种荷载、不同构造、不同曲率对高墩稳定性影响的规律性。

论文目录

• 第一章 绪论
• §1-1 概述
• §1-2 桥梁稳定理论研究的现状
• §1-3 论文背景
• §1-4 论文研究主要内容
• 第二章 桥梁结构稳定理论
• §2-1 概述
• §2-2 结构稳定问题
• 2.2.1 稳定问题
• 2.2.2 稳定问题的临界荷载
• §2-3 结构稳定性的分析方法及判断准则
• 2.3.1 静力准则
• 2.3.2 能量法则
• 2.3.3 动力法则
• 2.3.4 初始缺陷准则
• §2-4 杆件的非弹性屈曲
• §2-5 小结
• 第三章 高墩大跨径弯桥全过程稳定分析经典方法研究
• §3-1 概述
• §3-2 钢筋混凝土桥墩稳定分析
• 3.2.1 偏心受力构件
• 3.2.2 长柱的纵向挠曲
• 3.2.3 受力表现及影响因素
• 3.2.4 长柱的全过程分析
• 3.2.5 偏心距增大系数
• 3.2.6 徐变对压杆稳定的影响
• §3-3 裸墩在施工阶段的稳定分析
• 3.3.1 按平面杆件近似计算
• 3.3.2 按空间薄壁杆件计算
• §3-4 高墩直桥悬臂施工状态分析
• 3.4.1 等截面高墩悬臂施工阶段稳定性分析
• 3.4.2 变截面高墩悬臂施工阶段稳定性分析
• 3.4.3 用微分方程方法求解施工阶段刚构的稳定
• 3.4.4 用能量法求解有系梁高墩施工阶段的稳定性
• §3.5 用能量法求解弯桥施工阶段的稳定性
• 3.5.1 形函数的构造
• 3.5.2 结构势能泛函
• 3.5.3 状态分析
• 3.5.4 算例
• §3-6 高墩结构考虑二阶位移的整体稳定分析
• 3.6.1 概述
• 3.6.2 基本假设
• 3.6.3 条元分析
• 3.6.4 总刚度集成与稳定方程建立
• 3.6.5 算例分析
• 3.6.6 结论
• §3-7 小结
• 第四章 高墩大跨径连续刚构桥稳定性有限元分析
• §4-1 概述
• §4-2 高墩大跨连续刚构桥稳定分析中的本构关系
• 4.2.1 本构关系
• 4.2.2 钢筋的本构关系
• 4.2.3 混凝土的本构关系
• 4.2.4 箍筋对核芯混凝土约束力模型
• 4.2.5 钢筋混凝土受压构件计算
• §4-3 高墩大跨径连续刚构桥的第一类稳定分析
• 4.3.1 第一类稳定问题的线弹性有限元分析
• 4.3.2 第一类稳定问题的非线性有限元分析
• §4-4 高墩大跨径连续刚构桥的第二类稳定分析
• §4-5 考虑约束混凝土的高墩稳定分析
• 4.5.1 约束混凝土的本构关系模型
• 4.5.2 约束混凝土高墩稳定分析
• 4.5.3 主要结论
• §4-6 小结
• 第五章 试验模型稳定计算及测试分析
• §5-1 考虑约束混凝土的高墩模型稳定试验研究
• 5.1.1 试验模型设计
• 5.1.2 2m模型试验及分析
• 5.1.3 3.5m模型墩试验过程及数据分析
• 5.1.4 数值分析与试验测试值对比分析
• 5.1.5 结论
• §5-2 试验模型桥稳定计算
• 5.2.1 模型试验桥
• 5.2.2 墩身施工过程自身稳定分析
• 5.2.3 上部箱梁最大悬臂状态墩身稳定分析
• 5.2.4 运营过程墩身稳定分析
• 5.2.5 关于模型桥稳定计算结果讨论
• §5-3 小结
• 第六章 高墩大跨径弯桥全过程稳定分析
• §6-1 双肢空心墩高墩弯桥特征值屈曲计算及分析
• 6.1.1 ANSYS分析模型的建立
• 6.1.2 陕西徐水河大桥全过程稳定分析
• 6.1.3 不同主墩长细比和曲线圆心角弯桥的稳定性计算
• 6.1.4 悬臂施工最不利状态稳定计算结果比较
• 6.1.5 成桥运用状态稳定计算结果比较
• 6.1.6 弯桥圆心角和桥墩长细比与失稳荷载系数的关系
• 6.1.7 计算结果分析结论
• §6-2 双肢空心墩高墩弯桥非线性稳定计算及分析
• 6.2.1 概述
• 6.2.2 悬臂施工阶段各工况非线性稳定分析
• 6.2.3 成桥营运阶段非线性稳定分析
• 6.2.4 结论
• §6-3 双肢实心薄壁墩稳定性计算
• 6.3.1 工程背景资料
• 6.3.2 稳定特征值分析计算
• 6.3.3 非线性稳定分析
• 6.3.4 主墩不同长细比时其稳定性分析
• 6.3.5 结论
• §6-4 变截面超高墩连续刚构桥稳定性分析
• 6.4.1 桥梁简介
• 6.4.2 不同工况下稳定性计算
• §6-5 小结
• 第七章 高墩大跨径弯桥结构设计参数与结构稳定性关系研究
• §7-1 引言
• §7-2 已建高墩大跨连续刚构桥梁分析
• 7.2.1 已建大跨径连续刚构桥梁的设置
• 7.2.2 已建典型大跨径连续刚构桥梁稳定性分析结果
• 7.2.3 计算结果分析
• §7-3 弯桥曲线圆心角与桥梁非线性稳定分析
• 7.3.1 双薄壁空心高墩弯桥
• 7.3.2 双薄壁实心高墩弯桥
• 7.3.3 超高变截面空心墩弯桥
• §7-4 连续刚构桥主墩设置参数计算
• 7.4.1 引言
• 7.4.2 连续刚构墩身的柔度要求
• 7.4.3 桥墩长细比对桥梁稳定性的影响
• 7.4.4 桥墩纵桥向宽度对稳定性的影响
• 7.4.5 双薄壁桥墩双肢间距对稳定性的影响
• 7.4.6 系梁设置对稳定性的影响
• §7-5 单薄壁、双薄壁空心墩稳定性比较
• 7.5.1 高墩裸墩施工阶段其自体稳定性
• 7.5.2 高墩悬浇施工阶段的稳定性
• 7.5.3 山西仁义河特大桥设计方案比较
• 7.5.4 结论
• §7-6 小结
• 第八章 主要结论与建议
• §8-1 大跨径高墩弯刚构桥稳定分析主要结论
• 8.1.1 计算理论的应用
• 8.1.2 线性特征值屈曲计算结论
• 8.1.3 双非线性稳定计算结论
• 8.1.4 考虑约束混凝土非线性分析结论
• 8.1.5 线性特征值屈曲分析和非线性稳定分析
• 8.1.6 综合分析结论
• §8-2 建议
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论著
• 致谢