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大跨径连续刚构桥高墩的稳定性分析

商广明  
【摘要】: 近年来,随着我国公路交通运输事业的迅猛发展以及西部大开发战略的进一步深入,高墩大跨连续刚构桥也迅速发展起来,随着跨径的增大和桥墩高度的增加,桥梁的稳定性变得越来越重要。 针对高墩结构主要受压的受力特点,可以将高墩的整体稳定性简化为求类似杆系结构临界荷载的问题。受压杆系不外乎两类平衡稳定:第一类分支点平衡稳定和第二类极值点平衡稳定。本文总结了求解临界荷载的几种方法,并根据解析法中的能量法推导出了放坡变截面单肢等壁厚箱型墩在自重作用下的近似临界荷载通用公式。文中以依托工程为例,通过有限元精确分析与推导的公式对比,验证了该公式的结果偏于保守但是误差不是很大,具有一定的工程价值。 本文依托云南碧云大桥的设计方案,对单、双肢箱型高墩进行了详细全面的整体稳定性对比分析。根据拟定的各施工、运营阶段的最不利荷载工况,通过Midas软件的模拟仿真分析,得出对高墩整体稳定最不利的阶段为施工最大悬臂阶段。在高墩的整体稳定分析中,对各阶段中的各个荷载都进行了细致分析,分析出了每种荷载对高墩稳定性影响的大小。分析同时考虑了线性和非线性因素的影响,发现忽略非线性分析时得出的结果往往是偏不利的。在通过所有阶段的整体稳定分析后,得出在同一大跨连续刚构桥中单肢箱型高墩通常比双肢箱型高墩的稳定性要好些。 最后,文章通过箱型高墩截面的局部应力分析,得出了箱型高墩的最不利截面通常出现在高墩与主梁或与承台的连接部位。本文在局部稳定分析中,通过研究墩顶荷载作用下箱型高墩截面上的应力变化,得出了混凝土高墩截面局部失稳的整个变化过程,并通过绘制的应力-应变曲线反映了出来。该应力-应变曲线基本符合混凝土材料的理论变化规律,对高墩墩顶施工荷载的控制具有很好的参考价值。同时,本文对特定高墩中壁厚变化后的局部应力进行分析发现:在推导出的理论壁厚范围内变化时,其高墩不利截面的局部稳定性随壁厚的减少而降低。


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