空腹式连续刚构桥的抗风研究

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1、空腹式连续刚构桥的抗风研究第一章绪论1.1研究背景随着我国经济的快速增长，西部地区的经济也得到了空前的发展，为了满足西部地区经济发展的需求，高等级公路建设的步伐也不断加快。因为西部地区地形变化复杂，地貌起伏较大，存在着许多深谷和陡坡，给公路建设带来了交通运输不便、施工场地狭小等困难，所以设计者们越来越中意具有能直接跨越深V地形能力的大跨径桥梁。作为大跨径桥梁的比选方案，缆索承重桥和大跨径连续刚构桥都适合，而缆索承重桥的施工，需要将悬索桥分段制作的加劲梁或斜拉桥的斜拉索运输到桥址处，如果是现场浇筑，则需要较宽阔的场

2、地来进行悬索桥锚碇与加劲梁的制作或斜拉桥斜拉索的张拉，这些条件在山区地形都很难满足，会增加桥梁施工的难度，提高桥梁的造价。另外，缆索承重桥的施工繁琐而复杂，对技术人员和施工设备上的要求都比连续刚构桥高。所以，在100m～300m跨径的桥型中，缆索承重桥在性价比上相对于连续刚构桥没有明显优势。预应力连续刚构桥在适应环境能力、施工方法和经济效率上都有其突出的优点，同时又适合高墩大跨。此类桥梁的上部桥跨结构和下部墩台结构是固结在一起的，其在承受自重等竖向荷载时，在支点处出现负弯矩，正因为如此，减小了结构跨中正弯矩，同时

3、跨中截面的尺寸也得到了相应的减小，这就使得连续刚构桥的跨径可以得到进一步提高。连续刚构桥墩梁固结的结构形式不仅使其在施工时避免了繁琐而复杂的转换体系，而且无需安装大量伸缩缝，保证了行车的平顺性，同时抗弯刚度和抗扭刚度都足以达到其在施工阶段和运营阶段的受力要求。因其墩梁固结的结构形式，整个桥梁连成一体，能够满足西部地区跨越山谷要求，而柔性薄壁墩的采用可以使桥梁很好的适应各种因素引起的结构变形[1,2]。......1.2连续刚构桥国内外研究现状分析与发展趋势连续刚构桥之所以能够如此顺利地在全世界得到推广应用，得益于

4、悬臂施工法的诞生。联邦德国于1953年建成世界上第一座T型刚构桥沃伦姆斯桥。该桥的跨径突破了110m，在这座桥的施工中，悬臂阶段施工方法第一次付诸实践，并且得到推广。1964年，联邦德国又在T型刚构的基础上进行了新的改良，将两跨的T型刚构拓展为多跨的连续刚构，建成了本道夫桥（Bendorf），主跨跨径突破了200m。由于当时的理论和经验都不成熟，此时建成的连续刚构还是中间带铰的结构。在70年代初，日本的浦户大桥、彦岛大桥和滨名大桥三座桥跨径分别超过了230m和240m。80年代后，理论和经验都已慢慢成熟，人们开发

5、出了不带铰的连续刚构，并且在世界范围内大量修建，积累了这种桥型成熟的技术和经验。曾经有研究人员为了对比跨中带铰的T构与连续刚构的特性，用法国的西莱罗桥为实例，经过探究得出，在活荷载作用下的不带铰刚构跨中的挠度比以前的带铰T构减小了约60%。在当时的众多桥梁结构中以澳大利亚的门道桥和挪威的拉夫特桥最为著名。门道桥建成于1985年，在后期的运营中保持了12年跨径第一的世界记录，于1998年被新建的拉夫特桥所打破。拉夫特桥的特别之处在于它是四跨不对称预应力刚构桥，为了避免不对称跨径布置给结构带来弊端，这座桥主跨跨中的2

6、24m采用C60轻型混凝土，这样就使得跨中比其他位置的C65混凝土重量轻20%[3,4]。.......第二章空腹式连续刚构桥的三分力系数2.1概述本文采用的空腹式连续刚构桥，结构特殊、新颖，墩高跨大，主跨跨径为290m，最大墩高可到141m。主桥桥型布图2.1所示。........2.2直腹板箱梁的特点2.2.1概述用于连续刚构的主梁型式多为如图2.2所示的直腹板预应力混凝土箱形梁。这类箱梁属于流体力学所指的钝体断面范畴，即周边绕流与箱梁界面发生边界层分离。如果周边绕流有固定分离点如图2.3所示，即分离点不随雷

7、诺数的增加而发生移动，尾流区的范围、压力的大小相对不变，其三分力系数对雷诺数不敏感，即没有雷诺数效应。图2.4为钝体断面的阻力系数随雷诺数变化情况[32]。2.2.2断面形状的特征参数反映直腹板箱梁断面形状的特征参数有：宽高比、宽悬比（翼缘板悬挑长度与箱梁全宽比值）。图2.3可见，特征参数可以改变箱梁周边流场特性，从而改变气动力的压强及加速度。研究发现直腹板箱梁的三分力系数对宽高比敏感，而对宽悬比不敏感。.......2.3三分力系数在来流作用下，浸没在气流中的桥梁截面会产生压力。沿着截面表面对压力进行积分，可以

8、得到作用在桥梁截面上的力和力矩。以结构特征边界为体系的坐标系（简称体轴）中，竖向力为竖直向上的力，水平力或侧向力为水平方向的力。在以来流走向为基本坐标轴的坐标系（简称风轴）中，顺着来流方向的叫阻力，垂直于来流方向的力叫升力，矢量方向与两者垂直的力矩叫扭矩，如图2.5。风从图2.5中的右下角向图的左上角吹时，与水平面的夹角叫正攻角，而自图中右上角向左下角吹时，气流与水平面的