关寨大桥稳定性分析

《关寨大桥稳定性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、关寨大桥稳定性分析目录1前言11.1两类稳定问题11.2第二类失稳判别准则22工程概况及有限元模型32.1工程概况32.2荷载计算参数32.3有限元模型的建立33结构动力特性53.1施工阶段（最大双悬臂状态）53.2成桥阶段54第一类稳定分析64.1施工阶段（最大双悬臂状态）64.2成桥阶段85第二类稳定分析95.1施工阶段（最大双悬臂状态）105.2成桥阶段146结论151前言稳定问题是力学问题中的一个重要分支，也是桥梁工程中经常遇到的问题。在桥梁结构设计与分析研究中，强度验算是最基本的和必不可少的，但随着桥梁跨径的不断增大、桥塔（墩）高度的不

2、断增加以及高强材料的应用，稳定问题显得比以往更加突出。目前，国内的高墩大跨连续刚构桥梁越来越多，在设计不能仅仅用第一类稳定分析中的一阶失稳临界荷载作为保证结构安全性的依据，有必要对结构进行考虑几何非线性和材料非线性的二类稳定分析。1.1两类稳定问题根据工程结构失稳的时平衡状态的变化特征，结构的失稳有两种基本形式：第一类失稳（分支点失稳）和第二类失稳（极值点失稳）。1.第一类失稳中心压杆失稳前构件保持原有空间状态，仅长度方向作线弹性压缩，截面上只产生均匀的压应力，所以将失稳时的临界荷载作为稳定性的指标，临界荷载与工作荷载的比值称为稳定安全系数λ，通

3、常称这种失稳为第一类失稳。2第二类失稳在实际工程中很少有中心压杆，大多数构件均为压弯构件。对于压弯构件，随着所受荷载的增加，构件的空间状态也随之改变，截面上除产生不均匀的应力外，还将产生侧向位移，其荷载-位移曲线一开始便具有非线性特性，位移随着荷载的增加持续增大，当荷载达到某一极限值时，即使荷载不再增加，而结构位移却继续增大，直至结构破坏，上述荷载极限值也就是结构是否处于稳定状态的限值，它实质上就是结构的极限承载能力，这种破坏习惯上称之为第二类失稳。刚构桥中的桥墩是以受压为主的压弯构件，其失稳情况应属于第二类失稳问题。以两端铰接的轴心压杆为例，可

4、分为完善体系（理想体系）和非完善体系。前者不存在几何初始缺陷；而后者则存在几何初始缺陷，考虑了诸如初弯曲或残余应力的影响等。各失稳类型及对应失稳荷载的荷载-位移曲线如图11所示。16图11失稳类型及对应各失稳荷载1.1第二类失稳判别准则在计算过程中出现以下两种情况之一的即认为结构达到失稳状态。1.结构刚度矩阵奇异结构发生整体失稳，丧失继续承载能力，已在前一级增量加载时抵达极限承载状态。在每级加载过程中，在新的变形位置上建立增量形式的平衡方程，检查结构刚度矩阵是否奇异，并判别结构是否失稳。2.迭代过程不收敛采用位移收敛准则和残余力准则检查计算迭

5、代过程是否收敛。将节点的范数和收敛准则进行比较来判断计算是否收敛。对于第二类稳定问题，本次分析将结构荷载不断以荷载增量形式增加，直到迭代不收敛，并作出墩顶的位移-荷载曲线，选取曲线上的拐点对应的荷载作为结构的失稳荷载。结构的安全系数λ等于结构的失稳荷载[Pcr]与结构的初始荷载[Pt]的比值。即：λ=[Pcr]/[Pt]161工程概况及有限元模型1.1工程概况工程概况1.2荷载计算参数（1）恒载一期恒载：主梁、桥墩结构自重；二期恒载：6.5t/m。（2）活载公路I级（3）施工荷载挂篮、现浇块件和施工机具的动力系数，材料堆放等。（4）风荷载按照《公

6、路桥梁抗风设计规范》中的规定，对结构施加风荷载。1.3有限元模型的建立结构的有限元模型采用大型通用有限元分析软件ANSYS建立，在ANSYS中模拟各种现实构件的单元种类丰富，单元的选择直接决定了分析结果的可靠性。在选取单元时，是这样考虑的：梁单元具有传力明确、建模简单，并且能自定义截面等优点；因此，本文分别选取梁单元BEAM188建立了大桥的有限元模型。在有限元模型中，变截面梁和墩均采用离散的等截面2结点空间梁单元BEAM188来逐段模拟，该单元基于Timoshenko梁理论，每个结点有6个自由度，并考虑梁的翘曲自由度和剪切变形。同时，通过设定还

7、可以考虑结构的几何非线性和材料非线性。模型中边界条件处理为：在施工阶段，所有双肢墩底部固结于承台顶，各桥墩墩顶与箱梁底部刚结，梁两端自由；在成桥阶段，只考虑主桥部分，各主桥墩底部固结于承台顶，桥墩顶部与箱梁底部刚结。主梁均采用梁模型建立。边界条件见16表21。最大悬臂施工阶段和成桥阶段的有限元模型如图21~图22所示。施工双悬臂状态选取墩高98m的16#墩进行分析。成桥状态选取左线主桥进行分析。结构的有限元模型见图21和图22。图21施工最大悬臂端有限元模型图22成桥状态有限元模型16表21成桥状态和施工阶段结构各部位边界条件部位

8、成桥状态施工阶段△x△y△zθxθyθz△x△y△zθxθyθz14#墩墩梁交接处011100//////墩底111111//////1