五跨高低墩连续刚构桥力学行为分析及设计研究

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本文以水盘高速北盘江特大桥-跨径为(82.5+220+290+220+82.5)m,最高墩高为170 m的五跨高低墩连续刚构桥为依托工程,利用有限元软件对五跨高低墩连续刚构桥进行仿真分析。通过改变中墩墩高比、次边墩厚度、中墩厚度和桥梁跨径比等参数,对五跨高低墩连续刚构桥的力学行为进行分析,主要研究内容如下:(1)建立五跨高低墩连续刚构桥的有限元模型,通过改变两个中墩墩高比,研究桥梁结构的内力和变形的变化规律。(2)首先保持中墩的墩厚不变,改变次边墩的厚度,研究桥梁结构的内力和变形的变化规律;然后再保持次边墩的墩厚不变,改变中墩的厚度,研究桥梁结构的内力和变形的变化规律。(3)改变边主梁跨径比,其他条件不变,研究桥梁结构的内力和变形的变化规律。(4)根据上面的分析结果,对五跨高低墩连续刚构桥的设计提出建议。针对上述的五跨高低墩连续刚构桥,通过上述研究可以得到如下结论:(1)随着两个中墩墩高比的增加,成桥阶段的稳定性越来越好,在混凝土收缩、徐变和年升温荷载的作用下,桥墩的内力成近似线性变化,次边墩的内力和变形变化有限,两个中墩的内力相对于其他部分变化较大;在荷载组合作用下,当两个中墩墩高比由0.69变为1时,桥墩的轴力和弯矩分别最大变化5.2%和10.7%;活载造成的中跨挠度逐渐减小。(2)在混凝土收缩、混凝土徐变和年升温荷载作用下,次边墩厚度增加时,主要为次边墩内力的急剧增加,中墩墩厚度增加时,主要为中墩内力逐渐增大,桥墩的墩顶位移基本不变;在荷载组合作用下,次边墩厚度增加使次边墩弯矩的增加远大于次边墩轴力的增加,中墩厚度增加使中墩弯矩增加大于中墩轴力的增加,中墩的弯矩和轴力分别最大增加47.2%和5%;次边墩厚度增加会减小成桥阶段的稳定性,中墩厚度增加会使得成桥稳定性增加;次边墩厚度和中墩厚度的增加将使在活载作用下的主梁挠度减小。(3)随着桥梁的边中跨比值的增加,在混凝土收缩、徐变和年升温荷载的作用下,桥墩的内力和位移逐渐减小,中墩的内力和位移变化大于次边墩的内力和位移的变化;在荷载组合作用下,除了7#墩右肢和8#墩左肢的轴力逐渐减小,桥墩其余部位的轴力逐渐增加,次边墩的弯矩逐渐减小,中墩弯矩逐渐增大,次边墩弯矩最大减小了14.5%,中墩弯矩最大增加了82.1%。(4)保持五跨高低墩连续刚构桥的跨径和墩高不变,可以将次边墩厚度由300cm减小为280 cm,经过计算符合规范要求,此时桥墩的最大拉应力减小、桥墩最大裂缝宽度减小和混凝土用量减少;保持五跨高低墩连续刚构桥的桥墩厚度和高度不变,可以将主梁跨径由(82.5+220+290+220+82.5)m调整为(91.5+220+272+220+91.5)m,经过计算符合规范要求,此时桥墩的最大拉应力和桥墩最大裂缝宽度减小。
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