仿真砼特性与其在桥梁模型试验中的应用分析

《仿真砼特性与其在桥梁模型试验中的应用分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1研究的背景和意义1．1．1深水桥梁建设发展现状第1章绪论随着国民经济的发展和桥梁建设水平的提高，近一二十年来，我国己经建设了大量的深水桥梁。这些桥梁根据所处场地特点，主要分为三类：一是修建在较大水深河流上的桥梁，如南京长江三桥，芜湖长江桥，苏通长江大桥等：二是位于巨型电站库区内的桥梁，如苏春坝大渡河桥(瀑布沟电站库区)、庙子坪大桥(紫坪铺电站库区)、忠县长江大桥(三峡库区)、奉节长江公路大桥(三峡库区)、漭街渡大桥(小湾电站库区)等；三是跨海桥梁，如杭州湾大桥、东海大桥，在建的港珠澳大桥，拟建的渤海跨海大桥等。为了适应经济持续快速发展

2、的需求，进一步完善高速公路、铁路网络，国内外都将建设更多高墩大跨的深水桥梁。如即将兴建的琼州海峡跨海大桥，是我国首座公铁两用跨海大桥。在初步拟定的两个桥位方案中，西线方案最大水深约为55m；中线方案最大水更是深达75m。且该地区是华南强震的主要活动场所之一，具有发生强破坏性地震的构造背景，此种情况下，必须考虑地震作用的影响。在我国高速公路路网规划中，还将建设跨越渤海海峡、长江口等宽水域的深水大跨桥梁。同时，伴随着国际经济发展和全球化的进程，跨国、跨洲大动脉建设的必要日益凸显，世界范围内也己经建设或拟建大量的深水桥梁。日本以及欧美等国都有修建跨海大桥的计划，如日本拟修建的津轻海峡桥、东

3、京湾桥；连接美国阿拉斯加和俄罗斯远东地区的白令海峡桥等【1钏。地震作为一种破坏性极大的自然灾害，是引起桥梁特别是高墩大跨的大型桥梁破坏的主要因素之一【5J。不管从数量还是程度上，地震引起的桥梁破坏都远远超过其他自然灾害。国内外已经对地震进行了很多研究，不足的是，所做研究仍停留在定性的层面上，无法对地震进行准确的定量、定时和定点预测。就桥梁结构而言，严重的震害不仅严重影响正常交通，并经常引发次生灾害，进一步加剧地震灾害的严重性，特别是修建在人口密集地区、繁忙干线上的桥梁以及规模较大且具有重要战略意义的桥梁。因此，新建桥梁设计时，要采取预防措施，将地震对新建的桥梁破坏降到最低。尽管国内外

4、已颁布多部规范用以指导桥梁结构的设计，但多针对中小型桥梁，无法指导高墩大跨的深水桥梁设计。研究深水桥梁在地震和其他荷载作用下的响应是深水桥梁受力分析和结构设计的重要基础。西南交通大学土木学院对深水桥梁地震作用所致动水压力进行理论研究的万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第2页基础上，还开展了深水桥墩模型的振动台试验，以模型试验的方法探究深水桥梁在地震和动水压力作用下的受力状态。而选择模型试验材料时，遇到了现有材料不能较好的满足相似比的问题。1．1．2深水桥梁模型试验目前对于诸如深水桥梁等大型结构的分析研究方法，大体分为解析法、数值法、模型试验法和半解析半实验法等方法，这几种分析方法

5、互为补充共同发展。随着人们对模型试验原理认识的加深，以及试验设备和试验技术的进步，对大型复杂混凝结构的实验分析方法也从定性模拟向定量分析发展16】。模型试验在大型土工结构的设计和承载能力评估等方面起到重要作用，可以代替大型结构试验作为其辅助试验，作为结构分析验算的辅助手段，还可以验证和进一步发展结构计算理论。考虑到试验经济性和试验设备能力的限制，对深水桥梁桥墩这样的大型混凝土结构，一般较少采用足尺模型试验，而采用小比尺的模型试验。在小比尺模型试验中，要求模型和原型满足相似原理，模型材料的物理力学特性要满足相应的相似判据。模型试验中的相似包括几何相似、位移相似、应力相似、应变相似、体积

6、力相似、边界应力相似、弹性模量相似、泊松比相似、材料密度相似、材料容重相似等，需要模拟的材料各种强度和变形、弹性模量和密度等物理力学特性。而材料的各种物理力学特性之间的关系是客观存在的，这就使得材料的多种特性无法同时满足模型试验的相似要求[8]，使得模型试验结果与原型反应之间存在较大误差。2014年3月至5月，课题组进行了深水桥梁墩一水耦合振动台试验，模拟深水桥梁在地震作用下的动力响应，从而研究动水压力对深水桥梁的影响。试验不仅要考虑固体结构的相似比，还需要考虑流体的相似比。在考虑流体的相似比时，通常需要考虑三个相似常数：Fruder常数、雷诺常数和欧拉常数。这三个相似常数一般不能同

7、时满足，只能尽量满足其中部分常数。Fruder常数是指水的惯性力与重力的比值，经过前期研究发现，该条件能够满足。欧拉常数是流体流动压力与惯性力的比值，模型试验中与实际工程中水体是一致的，水的密度保持一致，要使得欧拉常数满足相似比，需要模型试验中结构的密度与实际桥梁材料密度一致。试验中采用的桥墩缩尺模型为1／50，根据相似比计算发现：需要一种弹性模量为普通混凝土1／50，而密度与普通混凝土相近的材料来制作桥墩模型，用于墩一水耦合模型振动台试验。本文主要研究能