高墩小半径曲线梁桥支撑及基础力学性能研究

论文摘要

预应力混凝土连续曲线梁桥以占地面积小、线形流畅、造型优美、意境生动等优点在立交桥、高速公路及高架桥等实际工程中被广泛运用。受曲率的影响,曲线梁桥在自重作用下会产生扭矩。而汽车荷载、温度变化、预应力、混凝土收缩徐变的作用进一步加剧了梁体的内力及变形。高墩的几何非线性影响,使曲线梁桥的力学性能更为复杂。由于缺少可靠的理论指导和完善的技术规范,高墩小半径曲线梁桥多次在施工及运营中,出现墩顶开裂、主梁偏移及偏转、支座脱空等病害现象。对此,本课题以深圳市梧桐山立交桥工程为背景,分析高墩小半径曲线梁桥支承及基础的力学特点,探索曲线梁桥力学性能的机理,以期为同类型的工程项目提供理论依据,为规范的修正提供依据。本文首先分析支点预偏心对高墩小半径曲线梁桥主梁扭矩和扭转变形,墩顶弯矩和水平位移,以及支座反力的影响。根据预偏心调整曲线桥扭矩的工作原理,结合上述有限元分析结果,整理高墩小半径曲线梁桥支点预偏心公式。对公式进行校核,讨论在高墩小半径条件下,支点预偏心的效果。随后分析曲率半径及墩高两个关键因素对曲线梁桥上下部结构内力及变形的影响,探讨支点预偏心效果随曲率半径及墩高这两个因素的变化规律,并研究了增加支座间距对于改善曲线梁桥力学性能的贡献及机理。最后在考虑高墩几何非线性的条件下,研究基础水平变位、倾斜及竖向不均匀沉降对曲线梁桥主梁扭矩,墩顶及墩底弯矩等力学性能的影响。比较各类基础变位及不同位置基础变位对整体结构影响的大小。针对基础变位,提出相应的解决措施。对规范中静定结构直线桥基础不均匀沉降的限定进行研究,提出该条款适用于超静定曲线梁桥时的修正意见。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 曲线梁桥的工程问题
• 1.1.1 曲线梁桥的力学特点
• 1.1.2 曲线梁桥的支承形式
• 1.1.3 曲线梁桥的病害现象
• 1.2 国内外在该方向的研究现状
• 1.2.1 曲线梁桥支承形式的研究现状
• 1.2.2 曲线梁桥基础形式的研究现状
• 1.3 本课题的目的和意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 曲线梁桥支点预偏心的设置
• 2.1 支点预偏心改善扭矩的工作原理
• 2.1.1 支点预偏心改善扭矩的工作原理
• 2.1.2 支点预偏心的选定
• 2.2 曲线梁桥支点预偏心时力学性能分析
• 2.2.1 计算模型简介
• 2.2.2 曲线梁桥力学性能随偏心距变化规律
• 2.3 支点预偏心公式
• 2.4 支点预偏心方法的效果
• 2.4.1 曲线梁桥主梁力学性能的变化
• 2.4.2 曲线梁桥墩及支座力学性能的变化
• 2.5 本章小结
• 第3章 高墩小半径曲线梁桥力学性能的影响
• 3.1 曲率半径对曲线梁桥力学性能的影响
• 3.1.1 分析方法
• 3.1.2 曲线梁桥力学性能随曲率半径变化规律
• 3.2 墩高对曲线梁桥力学性能的影响
• 3.2.1 分析方法
• 3.2.2 曲线梁桥力学性能随墩高变化规律
• 3.3 支座间距对曲线梁桥力学性能的影响
• 3.3.1 分析方法
• 3.3.2 曲线梁桥力学性能随支座间距变化规律
• 3.4 曲率半径及墩高对支点预偏心的影响
• 3.4.1 曲率半径对偏心距的影响
• 3.4.2 曲率半径对支点预偏心方法的影响
• 3.4.3 墩高对支点预偏心方法的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 曲线梁桥基础变位的影响及控制
• 4.1 基础水平变位及倾斜的影响
• 4.1.1 分析方法
• 4.1.2 基础径向变位对曲线梁桥力学性能的影响
• 4.1.3 基础切向变位对曲线梁桥力学性能的影响
• 4.1.4 基础水平变位及倾斜影响的比较
• 4.2 基础不均匀沉降的影响
• 4.2.1 分析方法
• 4.2.2 固结墩下基础竖向不均匀沉降的影响
• 4.2.3 抗扭墩下基础竖向不均匀沉降的影响
• 4.2.4 各位置处基础竖向不均匀沉降影响的比较
• 4.3 基础变位的控制
• 4.3.1 基础各方向变位力学影响的综合比较
• 4.3.2 基础竖向不均匀沉降的控制指标
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢