高墩大跨度连续刚构桥稳定性分析

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1、摘要从桥梁建设史上可以看到，世界上曾经发生过不少桥梁因失稳而丧失承载能力的事故。连续刚构桥由于大多采用高桥墩和薄壁截面形式，因此其稳定问题和强度问题一样，是结构设计计算中不可忽略的关键问题之一。同时，国内桥梁设计规范中并没有明确给出连续刚构桥稳定性的安全系数，因此此类桥型的稳定问题有待进一步研究。本文在分析国内外稳定理论发展历程以及现状的基础上，对高墩大跨度连续刚构桥的稳定性展开了多方面的研究。首先，介绍了用能量原理推导高桥墩临界荷载的计算公式，以及运用突变理论解释压弯构件跳跃性失稳问题。其次，本文以湖南省汝城至

2、郴州高速公路上的一座最大墩高为127．5m的特大连续刚构桥——山店江大桥为工程背景，先采用有限元程序MIDAS．CIVIL进行了第一类稳定问题研究；采用有限元程序ANSYS进行第二类稳定问题研究。第一类稳定研究结果表明：最大悬臂阶段是桥梁施工及运营过程中稳定最不利的阶段。第二类稳定分析中着重选取了稳定最不利的最大悬臂阶段，分别采用梁单元模型与实体单元模璎进行稳定分析，分析结果表明：1)．两类模毽考虑了几何非线性和材料非线性以后，结构的极限荷载远小于线性分析的结果，说明线性稳定分析得到的结果比较保守，不宜作为工程分

3、析中的判别依据。2)．考虑双重非线性比仅考虑几何非线性的极限荷载小，说明对结果进行非线性稳定分析时，有必要考虑材料的弹塑性影响。接着，本文对影响高墩大跨连续刚构桥稳定性的因素进行研究，结果表明：1)高墩不同的截面形式对稳定性有很大影响。2)随着高墩长细比的增大，其稳定性逐渐减低。当长细比增大到30时，此时构件接近细长柱，对稳定很不利，工程中应当尽量避免。3)双肢墩间的横系梁设置数目及位置对稳定性也有一定影响。研究山店江大桥的结果表明在墩高二分点位置设置一道横系梁最优。4)双肢墩间距对稳定性也有一定影响，但影响不大

4、。5)高墩所采用的混凝土强度等级对稳定性也有影响。研究发现混凝土标号增大4个级别，稳定系数增大不明显，说明用提高材料强度的方法增大稳定性的效率并不高。最后，本文以汝城至郴州高速公路8跨一联的连续刚构桥文明特大桥为工程背景，拟定了三种合拢顺序(合拢方案)分析多跨连续刚构桥合拢顺序对结构应力、累积位移及稳定性的影响。分析结果表明：1)三种方案的应力均呵接受，方案一的截面最大拉压应力略小。2)合拢顺序对成桥状态毛梁累积位移有较大影响，说明一旦合拢顺序确定，相应挂篮悬臂施工过程中的立模标高也确定，不得随意更改。3)三种方

5、案合拢过程中的结构稳定性均能满足要求。关键词：高墩；连续刚构；突变理论；非线性；参数分析；合拢顺序ABSTRACTThroughoutthebridgeconstructionhistory,therehavebeenaccidentsotbrldgeslosingcarryingcapacityduetostructureinstability·Whenitcomestocontinuousrigidframebridges，mostlyofwhichadopttallpiersandthin·walledcr

6、osssection，thestabilitvofstructure，aswellasstrengthcapacityofstructure，isconsideredasoneofthekevissluesthatcan’tbeignoredinstructuredesignandstresscalculatlon·Meanwhile，safctyfactorofcontinuousrigidflamebridgeisn’tspecificallysetinthedomesticbridgedesignspeci

7、fications，SOfurtherstudyofthestabilityissuesisneededintimeforsuchtypeofbridges．Thisarticleanalyzethedevelopingprocessandcurrentsituationofstructurestabilitytheoryathomeandabroad，carryingextensiveresearchesonstructuralstabilityofhigh—pier，large·spancontinuousr

8、igidIramebridge．First，accordingtoenergymethod，thearticlederivatescalculationformulaofcriticalloadofhigh—pierbridges，anditintroducestheresolveofjumpinginstabilityofcompression．bendingmembe