凌汛期大跨径桥梁的安全性评价

论文摘要

随着近年来我国高速公路建设逐渐由平原微丘区向山岭重丘区发展,桥梁的跨度越来越大,桥墩越来越高,体系也越来越柔,这对大跨度桥梁的安全研究提出了许多新的课题。特别是在最近一段时间内,宜万铁路和湘西凤凰,这一隧一桥两起重大事故的发生,给我们桥梁工作者带来了一种沉重的压力。安全问题凸显的更加重要了。而黄河凌汛是世界上最典型的水文景观,也是最大的无汛潜伏灾害。黄河凌汛灾害是黄河流域最严重的自然灾害之一,历史上曾以频繁决口、难以防治而著名。为此,对凌汛进行全面、系统的研究将是十分有必要的。本文在国内外关于凌汛分析的基础上,重点研究凌汛期的冰压力灾害,在凌汛期河冰荷载的计算、凌汛期洪水荷载的计算、凌汛期大跨径连续梁桥的静态安全性评价以及凌汛期大跨径连续梁桥的动态安全性评价等方面的研究现状及基本原理进行论述,以施工中的内蒙古镫口黄河特大桥为工程背景,对大跨连续梁桥的在凌汛期的安全性展开研究,主要包括如下几个方面的内容。首先,阐述了目前国内外有关凌汛期河冰荷载的研究状况及存在的问题,通过总结得出适合我国冰情的冰荷载计算公式并与实测资料进行比较,论证凌汛期何冰荷载计算公式的正确性。同时,提出了用反应谱理论来模拟大规模的流凌荷载。其次,通过对凌汛期洪水形成的主要影响因素、洪水对桥梁结构破坏机理、桥梁在洪水作用下的破坏形式的研究,推导出洪水对桥梁水平作用力计算公式。再次,进行凌汛期磴口黄河大桥的动力特性分析。利用通用有限元软件Midas＼Civil对全桥结构模拟,包括橡胶支座、桩和土壤作用的模拟等等。最后,阐述了凌汛期桥梁安全评价的重要性,分别介绍了对镫口黄河特大桥全桥运营阶段的全桥结构的静、动态的安全评价。其中,在动态分析中,利用瞬态动力学的相关原理,并结合通用有限元软件Midas＼Civil里的时程分析功能,准确的模拟出流冰荷载、流凌(冰凌洪水)荷载,分别得出在这两种荷载作用下桥梁的动力响应结果,以防止桥梁的有害振动等等。在本文结尾对研究工作进行了总结,给出了研究中的一些结论,并指出了在进一步研究中有待解决的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.2 目前研究现状和存在问题
• 1.3 黄河内蒙古段凌汛概述
• 1.3.1 黄河内蒙古段凌汛
• 1.3.2 历史上的黄河凌汛
• 1.3.3 黄河内蒙古段凌汛的成因
• 1.3.4 黄河内蒙古段凌汛的危害
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 凌汛期河冰荷载
• 2.1 冰荷载研究概述
• 2.2 冰—结构相互作用
• 2.3 国内外冰荷载计算公式及结果分析
• 2.3.1 国内外冰荷载计算公式概述
• 2.3.2 国内外冰荷载计算公式比较分析
• 2.4 适合我国冰情的冰压力计算公式探讨
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 冰压力计算所需的资料
• 2.4.3 适合我国冰情的冰压力计算公式提出
• 2.4.4 冰压力计算公式验证与比较
• 2.5 河冰的动力作用叙述
• 2.6 小结
• 第3章 凌汛期洪水荷载
• 3.1 洪水荷载研究概述
• 3.2 防御洪水破坏桥梁的基本构思
• 3.3 洪水对桥梁作用力的研究
• 3.3.1 我国洪水的分类
• 3.3.2 洪水形成的主要影响因素
• 3.4 洪水对桥梁水平作用力公式
• 3.4.1 作用力公式的推导
• 3.4.2 水平作用力公式的修正
• 3.4.3 洪水水平作用力计算公式验证与比较
• 3.5 小结
• 第4章 凌汛期连续梁桥的动力特性分析
• 4.1 桥梁概况
• 4.2 主桥有限元模型分析
• 4.2.1 主桥有限元模型简介
• 4.2.2 边界条件
• 4.2.3 其它说明
• 4.3 全桥动力特性计算
• 4.3.1 桥梁结构自振特性计算
• 4.3.2 主桥自振特性计算结果
• 4.4 小结
• 第5章 凌汛期连续梁桥的静态安全性分析
• 5.1 凌汛期桥梁安全性分析的基本构思
• 5.2 凌汛期桥梁结构强度、刚度计算分析
• 5.2.1 计算模型
• 5.2.2 计算载荷
• 5.2.3 计算工况
• 5.2.4 主要计算结果
• 5.2.5 计算结果分析
• 5.3 凌汛期桥梁结构稳定（屈曲）计算
• 5.3.1 计算模型
• 5.3.2 结构稳定计算方法
• 5.3.3 结构稳定安全度评价方法（安全系数取用值）
• 5.3.4 计算工况
• 5.3.5 主要计算结果
• 5.3.6 计算结果分析
• 5.4 小结
• 第6章 凌汛期连续梁桥的动态安全性分析
• 6.1 冲击振动响应分析的理论与方法
• 6.1.1 冲击振动的基本概念
• 6.1.2 冲击问题分析理论和解决方法
• 6.1.3 冲击作用下结构的动力平衡方程
• 6.2 大质量的冰块对桥梁的响应分析
• 6.2.1 计算模型
• 6.2.2 计算载荷
• 6.2.3 有限元软件的实现
• 6.2.4 计算工况
• 6.2.5 主要计算结果
• 6.2.6 计算结果分析
• 6.3 大规模的流凌对桥梁的响应分析
• 6.3.1 计算模型
• 6.3.2 流凌荷载的有限元的实现
• 6.3.3 流凌荷载模拟的验证
• 6.3.4 橙口黄河特大桥流凌的模拟
• 6.3.5 计算工况
• 6.3.6 主要计算结果
• 6.3.7 计算结果分析
• 6.4 小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 本文主要结论及研究成果
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 攻读硕士学位期间参加的项目