高墩大跨连续刚构桥几何非线性与稳定分析.pdf

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1、施工技术高墩大跨连续刚构桥几何非线性与稳定分析12乔长江曾卓（1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430000；2.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北武汉430000）摘要：结构的稳定性在高墩大跨度连续刚构桥施工中至关重要，本文针对高墩大跨连续刚构桥的几何非线性和稳定性进行了分析。关键词：高墩大跨连续刚构桥；几何非线性；稳定性中图分类号：U448.23文献标识码：A文章编号：1674—3024（2017）05—34—02前言该大跨高墩连续刚构铁路桥，采用78+3×134+78m预应力混凝土箱

2、梁连续刚构，单箱单室三向预应力构造，挂篮悬臂浇我国高速公路这几年的发展十分迅速，在桥梁工程中，高注施工。最大跨径为134m，最大墩高达103m。梁体为单箱单墩大跨连续刚构桥获得了广泛的应用和推广。可是伴随跨径和室、变高度变截面结构。中支点处箱梁梁高9.3m，跨中及梁端桥墩的大幅增加，这类桥的结构变得越来越柔，使得高墩大跨梁高4.8m，梁底下缘采用1.8次抛物线过渡。箱梁顶宽12.06m，连续刚构桥的几何非线性和稳定性越来越重要。箱梁底宽7.0m，4、7号墩处箱梁底宽加宽至9.0m，顶板厚度1高墩大跨连续刚构桥

3、几何非线性概述除支点处外均采用50cm，底板厚度50至100cm。最高墩为矩形空心墩，墩顶纵、横向分别为9.0m、8.5m，墩顶纵、横向壁几何非线性问题是指放弃小变形假设，不使用结构变形前厚分别为1.2m、1.5m。纵向外坡采用45：1，内坡为直坡；横的平衡方程，平衡方程参考变形后的构形，计入几何关系的二向外坡由18：1变化至5：1，内坡为38：1。刚臂墩墩底均设次项，在求解过程中不断的修改平衡方程的方法。几何非线性6.0m实体段。通过计算，对该桥的线性稳定性作了简单分析，问题可以分为：大位移大应变问题，如结

4、构的非线性失稳，大在最大悬臂状态挂蓝跌落情况下的稳定系数λcr最小，为105.8。位移小应变问题，如梁的大挠度弯曲，及由结构变形引起的外荷载大小、方向或边界条件的变化的问题。由于控制平衡方程3计算分析建立在结构变形之后的位置上，结构的刚度除与材料及初始结鉴于经典线性理论在许多情况下并不适用，详细考虑了各构变形有关外，还与受载后的应力、位移状态有关。在建立以种工况下非线性分析。非线性问题可以分为三类：几何非线性空间杆系结构有限元位移理论为基础的大跨度桥梁结构几何非问题、材料非线性问题以及状态非线性问题。所谓几何

5、非线性线性分析平衡方程时，一般都考虑了以下三方面的几何效应:问题，就是放弃小位移假定，从几何上严格分析单元体（1）单元初内力引起的单元刚度矩阵的变化。我们知道单的尺寸、形状变化，得到非线性的几何运动方程，从而造元刚度矩阵是轴力的函数，也就是说轴力对单元的刚度有着很成基本控制方程的非线性问题。材料非线性是指其本构关系是大的影响，一般都是通过稳定函数法中的刚度系数来考虑这一非线性的，材料非线性问题又可分为两类非线性弹性问题和弹影响的，而杆单元的弯矩可以改变杆件的轴向长度，进而影响塑性问题。而状态非线性是指接触问题

6、等边界条件变化的问题。单元的轴向刚度。在大跨度桥梁稳定分析中由于弯矩和初始偏由于自身的结构特点，高墩大跨桥梁在重力和其它荷载共同作心影响而使承载力降低的，就是结构现有内力对结构刚度变影用下，其墩顶位移不容忽略，因此稳定性分析中必须考虑几何响的结果。非线性因素的影响。（2）大位移引起的结构平衡方程的变化。目前普遍采用的从线性分析结果可以看出，桥梁稳定最差的为最大悬臂施U.L列式和T.L列式。U.L列式法是指在描述结构的运动方程的工状态，本文只考虑最大悬臂施工状态下的非线性稳定性。利平衡状态中，所有变量都是参考于

7、前一时刻的变形，即参数的用大型有限元软件ANSYS建立空间梁单元，采用beam188单位形在分析过程中是不断更新的的方法。T.L列式法是指在描元该结构共划分为51个单元。整个结构在墩底固结，墩梁固结。述结构的运动方程的平衡状态中，所有变量都以初始变形为参在挂蓝跌落时荷载组合为：自重+竖向风载+梁段自重差+考位置，也就是说参考位置在整个分析过程中保持不变的方法。施工不平衡荷载+挂蓝荷载，由线性分析计算知，该工程是最大（3）垂度效应对单元刚度影响。缆索的垂度问题也是一种悬臂施工阶段的最不利荷载布置方式。考虑几何分

8、析的情况下，大变形问题，一般在悬索桥和斜拉桥中要予以考虑，而在大跨结构的总体平衡方程可写为（[K0]+[K0]+[KL]）{D}={P}。式中，高墩连续刚构桥梁的分析中，一般很少考虑，只考虑前两种。[K0]为小位移弹性刚度矩阵；[K0]为初应力刚度矩阵；[KL]为位移通常对缆索的模拟是用一种等效的杆单元，引入也有用曲线单刚度矩阵。最大悬臂时几何非线性稳定性分析计算结果如图所元模拟的，二种计算结果都满