大跨径连续刚构桥高墩的稳定性分析

论文摘要

近年来,随着我国公路交通运输事业的迅猛发展以及西部大开发战略的进一步深入,高墩大跨连续刚构桥也迅速发展起来,随着跨径的增大和桥墩高度的增加,桥梁的稳定性变得越来越重要。针对高墩结构主要受压的受力特点,可以将高墩的整体稳定性简化为求类似杆系结构临界荷载的问题。受压杆系不外乎两类平衡稳定:第一类分支点平衡稳定和第二类极值点平衡稳定。本文总结了求解临界荷载的几种方法,并根据解析法中的能量法推导出了放坡变截面单肢等壁厚箱型墩在自重作用下的近似临界荷载通用公式。文中以依托工程为例,通过有限元精确分析与推导的公式对比,验证了该公式的结果偏于保守但是误差不是很大,具有一定的工程价值。本文依托云南碧云大桥的设计方案,对单、双肢箱型高墩进行了详细全面的整体稳定性对比分析。根据拟定的各施工、运营阶段的最不利荷载工况,通过Midas软件的模拟仿真分析,得出对高墩整体稳定最不利的阶段为施工最大悬臂阶段。在高墩的整体稳定分析中,对各阶段中的各个荷载都进行了细致分析,分析出了每种荷载对高墩稳定性影响的大小。分析同时考虑了线性和非线性因素的影响,发现忽略非线性分析时得出的结果往往是偏不利的。在通过所有阶段的整体稳定分析后,得出在同一大跨连续刚构桥中单肢箱型高墩通常比双肢箱型高墩的稳定性要好些。最后,文章通过箱型高墩截面的局部应力分析,得出了箱型高墩的最不利截面通常出现在高墩与主梁或与承台的连接部位。本文在局部稳定分析中,通过研究墩顶荷载作用下箱型高墩截面上的应力变化,得出了混凝土高墩截面局部失稳的整个变化过程,并通过绘制的应力-应变曲线反映了出来。该应力-应变曲线基本符合混凝土材料的理论变化规律,对高墩墩顶施工荷载的控制具有很好的参考价值。同时,本文对特定高墩中壁厚变化后的局部应力进行分析发现:在推导出的理论壁厚范围内变化时,其高墩不利截面的局部稳定性随壁厚的减少而降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 高墩在国内外研究现状
• 1.1.1 高墩在国内的发展应用
• 1.1.2 高墩在国际上的应用现状
• 1.2 连续刚构高墩的研究意义及发展现状
• 1.2.1 高墩的研究背景及研究意义
• 1.2.2 连续刚构高墩的研究发展现状
• 1.3 研究主要内容
• 第二章 桥梁高墩稳定性分析理论
• 2.1 概述
• 2.2 受压杆件稳定性的概念
• 2.3 受压杆件稳定性的理论分析及求解方法
• 2.3.1 两类稳定问题的压杆实例分析
• 2.3.2 屈曲稳定临界荷载的求解方法
• 2.4 不同结构形式和不同截面的高墩稳定性分析
• 2.4.1 不同桥墩的结构形式及其适用条件
• 2.4.2 空心薄壁桥墩截面细部尺寸对稳定性的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 大跨连续刚构桥的整体稳定性分析
• 3.1 工程概述
• 3.2 单肢箱型墩自重作用下的临界荷载求解对比
• 3.2.1 放坡单肢箱型墩自重作用下临界荷载公式推导
• 3.2.2 自重临界荷载理论计算值与有限元精确解得比较
• 3.3 独墩状态下单肢箱型墩与双肢箱型墩的稳定性比较
• 3.3.1 独柱墩状态下各种荷载工况下的线弹性屈曲稳定性分析
• 3.3.2 独柱墩状态时各种荷载工况下的几何非线性屈曲稳定浅析
• 3.4 施工最大悬臂阶段单、双肢箱型高墩的稳定分析
• 3.4.1 最大悬臂状态时高墩施工荷载的确定
• 3.4.2 单边挂篮与纵向风的耦合稳定分析
• 3.4.3 施工最大悬臂阶段各种荷载对高墩稳定性的影响
• 3.5 成桥阶段单、双肢箱型高墩的稳定分析
• 3.5.1 成桥阶段稳定性分析时最不利荷载组合的确定
• 3.5.2 单、双肢箱型墩方案成桥状态时的稳定性比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 大跨连续刚构桥高墩的局部稳定分析
• 4.1 概述
• 4.2 相应高墩结构中易发生局部破坏的截面位置的分析确定
• 4.2.1 不同施工阶段的高墩最易发生局部应力集中的截面分析
• 4.2.2 最大悬臂施工阶段不利截面上的应力分析比较
• 4.3 墩顶荷载对高墩局部稳定性的影响
• 4.3.1 局部应力分析时墩顶荷载的确定
• 4.3.2 最不利截面上的应力应变关系分析
• 4.4 箱型高墩局部稳定性分析
• 4.4.1 局部稳定分析理论
• 4.4.2 箱型墩不同壁厚简化矩形板的屈曲模型研究
• 4.4.3 箱型高墩的整体稳定与局部稳定的相关性
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果