水库区高墩大跨连续刚构桥施工监控与地震响应研究

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随着西部大开发战略的实施,我国西南部地区的地形复杂,沟壑纵横,大跨连续刚构桥的建造也日益增多,为了跨越复杂地形,连续刚构桥的墩高也越来越高。悬臂浇筑施工法是该类桥型最常使用的施工方法之一。悬臂浇筑法施工中需要进行多次结构体系转换,为了施工安全以及成桥线形平顺、满足设计要求,进行桥梁施工控制是必不可少的。在地震作用下,深水结构与水的相互作用会对结构的动力特性产生不可忽略的影响,因此在设计及验算中都应该考虑。本文基于该类桥梁的特点以及施工安全性对长征沟大桥(63m+110m+63m)进行施工过程中的控制,同时基于该桥在正常使用期间位于水库区这一特点,对该桥在动水效应影响下的地震响应特点进行分析。主要研究内容如下:(1)对国内外高墩大跨连续刚构桥的施工控制的发展研究情况进行总结概括,同时简要介绍了深水桥梁地震响应的特点并列举了近些年国内外的研究成果。(2)利用MIDAS/Civil为工具,建立长征沟大桥的三维数值模型,进行施工各阶段的模拟,提取截面应力、立模标高等理论数值,以自适应控制理论为基础,基于最小二乘法控制方法,提前考虑各种影响施工控制的因素,指导现场施工,使得建成后的桥梁线形平顺,受力合理,误差均在规范允许的范围内,保证桥梁的施工质量可靠。(3)对现在使用较为广泛的动水效应研究方法进行了总结,基于本文的实际运用情况,对其中的代表性方法进行了详细阐述,为地震激励下墩-水耦合提供了理论基础和计算依据。(4)用ADINA软件作为建模工具,采用其中的势流体单元模拟水体,分别采用流固耦合原理和附加质量方法建立桥墩模型—势流体模型和附加质量模型,根据长征沟大桥场地类型等选择合适的地震波,分析在不同地震波作用下,受水体影响的桥墩的动力特性及地震响应。(5)利用势流体模型分析了不同水体深度对桥墩自振特性的影响程度,研究得到水体的存在会减小模型的自振频率,并且根据计算结果可以得到,模型周围水体高度越高,模型自振频率的降低程度越大。(6)在地震作用下,将采用公路抗震规范法的附加质量模型和采用势流体理论的模型的地震响应进行对比分析,两种方法得到的动力响应结果变化趋势是一致的,但两种结果的数值之间有较大的差异,附加质量法是偏于安全的。(7)以势流体模型的计算结果为基准,通过分析不同水体深度下桥墩模型的动力特性,对王宝喜简化公式法和公路抗震规范法的有效性进行对比验证,在不同水深下,公路规范法的误差率略高于王宝喜简化公式的误差率。
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