连续刚构桥主墩刚度对桥梁稳定性影响研究

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1、连续刚构桥主墩刚度对桥梁稳定性影响研究　　摘要：以高墩大跨径连续刚构桥为研究对象，利用有限单元法，对典型桥梁主墩在不同刚度下的内力和稳定性进行计算分析，将其结果进行比较，得出主墩刚度对稳定性的影响，为连续刚构桥尺寸拟定时作参考。关键词：连续刚构主墩刚度稳定性中图分类号：TU997文献标识码：A1、引言连续刚构桥梁结构的稳定性是关系其安全主要问题之一，和强度问题有着同样重要性。由于很多大跨度桥梁采用高强度材料和薄壁结构，使得结构整体和局部的刚度有所下降，这使得稳定问题变得更加重要。7对于无缺陷的轴心受压构件，当轴心力较

2、小的时候，构件只产生轴向压缩变形，保持直线的平衡状态。此时如有干扰力使构件发生微小的屈曲，则当干扰力失去后，构件将恢复原有的直线平衡状态。当轴心压力逐渐增加到一定的大小，如有干扰力使构件发声微弯曲，但当干扰力移走后，构件仍能保持微弯状态而不能恢复到原来的直线平衡状态，这称为随遇平衡。如果轴心压力N在稍微增加，则弯曲变形迅速的增大而使得构件丧失结构的承载能力，这种情况称为构件的弯曲屈曲或则弯曲失稳。中性平衡是从稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界状态，中性平衡时的轴力压力称为临界力,相应的截面的应力称为临界应力。无缺陷的轴心

3、受压构件发生弯曲屈曲时候，构件的变形发生了性质上的变化，即结构由直线形式改为弯曲形式，且这种变化带有突变性。结构丧失稳定时，平衡形式发生改变，就称为发生丧失第一类稳定性，除丧失第一类稳定性外，还有第二类稳定性问题。丧失第二类稳定问题的特征是结构丧失稳定时其弯曲形式不发生改变，只是由于结构原来的弯曲变形增大不能正常工作，第二类稳定问题也称极值失稳。稳定分析的目的是当结构不稳定的时候，求临界荷载和屈曲模态，主要包括线性和非线性稳定问题。在实际中大多数的结构的稳定问题都是非线性问题，但是线性稳定问题的力学模型比较容易分析，

4、所以研究线性稳定问题是基础。根据规范《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》的规定，按照承载能力极限状态计算时，荷载系数为1.2，混凝土材料的安全系数是1.25，压弯构件工作条件系数为0.95，则算出构件的稳定安全系数应为1.58。所以，此时稳定安全系数的容许值不应低于上述数值。本文将以三跨连续刚构桥为工程背景，应用桥梁专业软件MIDAS/CIVIL2010建立有限元实例模型，分析桥墩顺桥向厚度变化对桥梁稳定性的影响。2、工程概况7桥梁全长为317.50米，最大桥高76米。主桥为75+140+75米预应力混凝土连续刚构，引

5、桥位于起点岸，为一孔20米预应力混凝土简支箱梁。主桥2、3号桥墩采用双薄壁空心桥墩，横桥向宽6.5米，顺桥向单薄壁3.0米，壁厚顺桥向0.7米，横桥向1.1米。分隔墩采用双柱式墩。桥台采用柱式桥台。图1连续刚构桥桥型布置图(单位：cm)3、主墩刚度变化时的稳定分析高墩连续刚构的稳定验算一般计算裸墩阶段、最大悬臂阶段和成桥阶段，根据相关的文献研究，在最大悬臂阶段为最不利阶段，所以本文只研究最大悬臂阶段的稳定性。只计算一阶模态。本文通过改变顺桥向的桥墩宽度来改变主墩的刚度。顺桥的桥墩宽度分别为1.8米，2.1米，2.3米

6、，2.5米，2.7米和3米，研究主墩刚度变化对桥梁稳定性的影响。最大悬臂阶段主要考虑的施工荷载有：（1）自重；（2）施工荷载，计算时取桥墩左端的主梁作用有10kN/m的均布荷载，左悬臂端头作用200kN集中力，另一端空载；（3）最后一块悬臂浇筑梁段没同时施工，按一端作用800kN集中力来计算；（4）取挂篮重700kN，考虑挂篮单侧跌落，取动力放大系数为2，即把失去的重量反向放大两倍，按静力问题分析稳定性；（5）主梁和桥墩横桥风荷载7由于主梁的顺桥向的迎风面积很小，所以主梁只考虑横向风载，桥墩只考虑横向风载。横桥向的风

7、载的计算按公路桥涵设计通用规范中的4.3.7-1～4.3.7-5进行计算，具体计算公式和各参数含义详见规范，其中k2即风速高度修正变化系数，按公路抗风设计规范3.2.5-1的公式进行计算，桥梁所在地的基本风速V10取桥梁所在地百年一遇离地面10米高处的风速值，为29m/s。在迈达斯2010中按梯形均布荷载加载。各种不利荷载工况组合如下：工况1：（1）+（2）+（5）工况1：（1）+（2）+（3）+（5）工况2：（1）+（2）+（4）+（5）不同工况下的稳定特征值及墩底截面内力值见表5.10～5.12，三种工况下结构的

8、第一阶段失稳模态均为横桥向失稳。工况一顺桥向宽度为1.8米和3米时候的一阶屈曲横向失稳见下图图2顺桥向墩宽为1.8时一阶横向失稳图3顺桥向墩宽为3时一阶横向失稳表1工况一作用下顺桥向墩宽减小时候的内力与一阶稳定系数7表2工况二作用下顺桥向墩宽减小时候的内力与一阶稳定系数表3工况三作用下顺桥向墩宽减小时候的内力与一阶稳定系数由上表1～3，可以看出