论文部分内容阅读
摘要：随着我国经济的快速发展，人们出行频率越来越高，交通量大幅度增加，为了缓解交通压力，促进各区域之间联系，在城市中以及各地区之间建立了大量交通设施，而桥梁在其中发挥了重要作用。随着预制拼装技术不断成熟，这种技术被大量运用于桥梁建设中，使得装配式的桥墩取得了很大的进展。我国属于地震频发国家，我国大多省份都曾发生过六级以上地震，地震的震源浅、分布广、烈度高、伤亡大，具有突发性及很强的毁灭性，会给人们生命财产安全带来巨大损失。桥梁是交通的关键部分，一旦被破坏，很难被修复，不但加重灾害的程度，而且会给抗震救灾工作带来巨大困难。因此要十分注重桥梁震害产生的原因分析以及抗震设计的研究，有效减少地震对桥梁造成的不利影响。
关键词：墩梁刚度;高墩大跨连续刚构桥;静力性能
引言
由于科技的进步和经济的快速发展，公路桥梁的建设时间大大缩短，导致许多问题得不到有效解决或来不及解决，本文讨论的内容正是针对西部等复杂地形桥梁的“大跨径”和“高墩”等地域性特点提出，合适的墩梁刚度比不仅能够满足整个桥梁结构的顺桥向刚度，还可以有效改善桥梁上部结构的内力分布，充分挖掘混凝土和钢材各自的力学潜力，使工程经济指标更合理，并增大结构跨越能力。
1装配式桥墩的发展与应用
随着预制拼装技术的发展，桥梁中越来越多的运用到了这项技术。节段拼装的相关技术主要运用在桥梁的上部结构建造上，近年来随着技术越来越成熟，在下部结构中也有所应用，并在朝着不断增多的趋势发展。欧美日等发达国家在 20世纪 60年代已经在桥梁的下部结构中运用到了预制拼装技术。在 20世纪中期，我国也开始尝试使用装配式的桥墩。在青藏线的希格工段建设有 326座装配式的桥墩，其接头十分牢固，结构也十分安全，在刚度、强度以及稳定性方面都满足了通车运营的需求。成昆线连接了我国四川省与云南省，地震频发，对于桥墩的要求较高，在该铁路线的张家村大桥、和平村大桥以及牛日河 4号大桥都采用了拼装式的桥墩。随着交通量的增加，在运输方面对交通路线的承载力以及运行速度有了更高的要求，那些初期建好的装配式桥墩已经逐渐不能够满足当代运输的要求，而且产生了一定的安全隐患，所以要对其进行重新设计，提高运输线路的性能以及使用寿命，满足当前运输的要求。拼装式的桥墩除了运用在铁路运输中，在公路运输中也有着很多的应用。比如，著名的杭州湾大桥、东海大桥、长江大桥以及在2018年正式通车运营的港珠澳大桥等都运用了拼装式的桥墩。对与大尺寸的多柱式桥墩在桥梁的建设中也有了比较多的应用，结合了双柱式和单柱式桥墩的一些优点，给桥梁的建设提供了更多的方案。拼装式的桥墩，大大提高了桥梁建设的效率，缩短了建设的周期，为早日投入运营提供了条件。
2模型设计
本试验以国内某整体桥为背景，以 RC桩的配筋率及截面形状为参数，共制作 4个整体式桥台 -RC桩模型，编号分别为 M-1、M-2、M-3和 M-4，具体设计参数见表 1。根据试验条件及满足边界条件要求，试验模型采用 0.31的几何相似比。桥台底部由 RC桩支撑，其中， M-1、M-2和 M-3试件中 RC桩均为圆桩，直径 D为155mm，分别配置 6根直径 d为 6、8、12mm的纵筋，配筋率 ρ分别为 0.8%、1.6%和 3.2%，M-4试件中 RC桩采用矩形截面，截面长度 B和宽度 D分别为 217mm和 155mm，配置 6根 10mm和 2根 8mm纵筋，配筋率 ρ为 1.6%，如图 1（b）所示。纵筋等级均为 HRB335，箍筋采用 6mm的 HRB300级光圆钢筋，桩顶和桩底的加密区箍筋间距为 100mm，非加密区的箍筋间距为 120mm，保护层厚度为 20mm。模型桩长 L均为 3.21m，深入桥台内部0.31m，入土深度 Lt为 2.9m。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG3363-2019）可分别计算得到 4根 RC桩的换算深度 Z，其换算深度 Z均大于 4.0m，桩底可视为固结状态。
3静力计算模型
静力计算运用桥梁通用有限元软件 Midas/Civil建立坞家塆大桥的全桥梁单元模型。曲率半径为 750m，全桥结构简化为 187个节点和 182个单元;主墩划分为 104个单元。主梁和主墩均采用迈达斯梁单元模拟，钢束按施工图纸的实际空间位置布置;桥梁承台和桩基础均没有模拟，直接在墩底部做固结处理。
4抗风构造方案设计
此方案既适用于特殊环境，也适用于地理环境。用作框架和桁架水平刚度的锚，以稳定控制台末端，并将控制台两端作为一个整体连接起来，以提高建筑刚度。这使您能够抵御风对结构的影响，有效地抑制摇晃，并使用支撑点作为安装和后续拆卸的锚点。皮带可以分段，这是一个现场螺栓，一次只能将一个安装孔安装在横头上 2.4米，以确保下弦杆的稳定性。安装完毕后，活塞将插入枕套下方，以便将其撞向箱形梁。
5基于性能的桥梁设计方法
任何桥梁设计都要基于桥梁的性能来进行设计，这也是未来进行桥梁抗震设计的基本方向，目的是为了使桥梁在投入运营的过程中，可以抵抗不同强度的地震，保持桥体的完整性与可靠性，能够对桥梁结构的一系列破坏状态进行有效控制，使桥梁的结构能够表现出超强的性能水平。使整个桥梁在服役期限内，有效的应对可能发生的地震破坏。在相关的道路橋梁建设的规则里虽然有一些对于抗震设计的思想，但是对于这些准则没有进行量化，规定的不够明确，在实际的建设中很难有效进行控制。面对这种问题，我国的桥梁设计与建设者、研究者都要不断创新，改变落后的桥梁施工技术，大力研究拼装式的桥梁建设，基于性能对拼装式的桥墩进行研究以及设计，将好的研究成果充分运用到实际建设中来。
6高墩大跨矮塔斜拉桥结构静力特性分析
根据上述分析模型，首先利用 Midas/Civil的“未知载荷系数”功能，将塔的垂直中心运动和水平运动控制在 ± 0.01m的范围内，计算出每个斜线的初始力。二 ：通过力调节功能优化设定点;采用结构的几何非线性静态分析确定了桥梁状态结构的合成应力值分析和内力状态，同时考虑了作为结构载荷基础的自重、第二恒定载荷和优化力。在计算的桥梁情况下，考虑到汽车和汽车制动力、温度变化 （系统或温升、非线性温度梯度 ）、桥梁塔中桥梁和桥梁的纵向和横向主桥，并考虑表 1所示结构位移和内力的最大值以及相应的结构力和内力，分析了非线性静态结构分析和不利承载荷载组合。在分析过程中，将在道路 I Level 3上加载汽车载荷。表 1中的结果表明，在主梁恒定载荷下偏移 0.068m远低于主梁的最大垂直挠度 l/500（0.53m）。此外，桥梁塔顶偏移较小，表明桥梁具有极好的稳态刚度。此外，还满足了主梁前截面和斜截面应力评估要求、门箭头角处的应力和倾斜安全系数。这表明设计备选方案是适当的。当桥梁状态 -梁连接处承受恒定载荷和载荷时，在主端会发生较大的负弯矩，同时在主端施加轴向压力和推力，这两者对梁的影响至关重要。桥塔的最大内力显示在塔底，后跟塔梁连接。因此，在设计较大的塔顶平塔时，应特别注意梁连接和塔底等部分的详细设计和局部应力分析。
结束语
合适的墩梁刚度比不仅能够很大程度地改善梁体的内力分布情况，还能充分发挥混凝土的受压性能和钢筋的受拉性能，其相关研究仍有很大的发展和应用空间。
参考文献
[1]魏唐清 .自锚式悬索桥静力性能及动力特性影响研究 [J].湖南交通科技 ，2019，45（03）：156-158+195.
[2]史哲仑 .大跨度空间管桁架结构性能及施工模拟分析 [D].西安理工大学 ，2019.
[3]王凯华 ，刘志才 .大跨高墩连续刚构桥墩型选择及稳定性分析 [J].低温建筑技术 ，2019，41（06）：134-137.
[4]阙勇锋 .某预应力混凝土连续刚构桥性能试验分析 [J].四川建材 ，2019，45（04）：161-162+164.
[5]桂博 .单线铁路多跨高墩连续刚构桥合龙及稳定性研究 [D].西华大学 ，2019.
关键词：墩梁刚度;高墩大跨连续刚构桥;静力性能
引言
由于科技的进步和经济的快速发展，公路桥梁的建设时间大大缩短，导致许多问题得不到有效解决或来不及解决，本文讨论的内容正是针对西部等复杂地形桥梁的“大跨径”和“高墩”等地域性特点提出，合适的墩梁刚度比不仅能够满足整个桥梁结构的顺桥向刚度，还可以有效改善桥梁上部结构的内力分布，充分挖掘混凝土和钢材各自的力学潜力，使工程经济指标更合理，并增大结构跨越能力。
1装配式桥墩的发展与应用
随着预制拼装技术的发展，桥梁中越来越多的运用到了这项技术。节段拼装的相关技术主要运用在桥梁的上部结构建造上，近年来随着技术越来越成熟，在下部结构中也有所应用，并在朝着不断增多的趋势发展。欧美日等发达国家在 20世纪 60年代已经在桥梁的下部结构中运用到了预制拼装技术。在 20世纪中期，我国也开始尝试使用装配式的桥墩。在青藏线的希格工段建设有 326座装配式的桥墩，其接头十分牢固，结构也十分安全，在刚度、强度以及稳定性方面都满足了通车运营的需求。成昆线连接了我国四川省与云南省，地震频发，对于桥墩的要求较高，在该铁路线的张家村大桥、和平村大桥以及牛日河 4号大桥都采用了拼装式的桥墩。随着交通量的增加，在运输方面对交通路线的承载力以及运行速度有了更高的要求，那些初期建好的装配式桥墩已经逐渐不能够满足当代运输的要求，而且产生了一定的安全隐患，所以要对其进行重新设计，提高运输线路的性能以及使用寿命，满足当前运输的要求。拼装式的桥墩除了运用在铁路运输中，在公路运输中也有着很多的应用。比如，著名的杭州湾大桥、东海大桥、长江大桥以及在2018年正式通车运营的港珠澳大桥等都运用了拼装式的桥墩。对与大尺寸的多柱式桥墩在桥梁的建设中也有了比较多的应用，结合了双柱式和单柱式桥墩的一些优点，给桥梁的建设提供了更多的方案。拼装式的桥墩，大大提高了桥梁建设的效率，缩短了建设的周期，为早日投入运营提供了条件。
2模型设计
本试验以国内某整体桥为背景，以 RC桩的配筋率及截面形状为参数，共制作 4个整体式桥台 -RC桩模型，编号分别为 M-1、M-2、M-3和 M-4，具体设计参数见表 1。根据试验条件及满足边界条件要求，试验模型采用 0.31的几何相似比。桥台底部由 RC桩支撑，其中， M-1、M-2和 M-3试件中 RC桩均为圆桩，直径 D为155mm，分别配置 6根直径 d为 6、8、12mm的纵筋，配筋率 ρ分别为 0.8%、1.6%和 3.2%，M-4试件中 RC桩采用矩形截面，截面长度 B和宽度 D分别为 217mm和 155mm，配置 6根 10mm和 2根 8mm纵筋，配筋率 ρ为 1.6%，如图 1（b）所示。纵筋等级均为 HRB335，箍筋采用 6mm的 HRB300级光圆钢筋，桩顶和桩底的加密区箍筋间距为 100mm，非加密区的箍筋间距为 120mm，保护层厚度为 20mm。模型桩长 L均为 3.21m，深入桥台内部0.31m，入土深度 Lt为 2.9m。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG3363-2019）可分别计算得到 4根 RC桩的换算深度 Z，其换算深度 Z均大于 4.0m，桩底可视为固结状态。
3静力计算模型
静力计算运用桥梁通用有限元软件 Midas/Civil建立坞家塆大桥的全桥梁单元模型。曲率半径为 750m，全桥结构简化为 187个节点和 182个单元;主墩划分为 104个单元。主梁和主墩均采用迈达斯梁单元模拟，钢束按施工图纸的实际空间位置布置;桥梁承台和桩基础均没有模拟，直接在墩底部做固结处理。
4抗风构造方案设计
此方案既适用于特殊环境，也适用于地理环境。用作框架和桁架水平刚度的锚，以稳定控制台末端，并将控制台两端作为一个整体连接起来，以提高建筑刚度。这使您能够抵御风对结构的影响，有效地抑制摇晃，并使用支撑点作为安装和后续拆卸的锚点。皮带可以分段，这是一个现场螺栓，一次只能将一个安装孔安装在横头上 2.4米，以确保下弦杆的稳定性。安装完毕后，活塞将插入枕套下方，以便将其撞向箱形梁。
5基于性能的桥梁设计方法
任何桥梁设计都要基于桥梁的性能来进行设计，这也是未来进行桥梁抗震设计的基本方向，目的是为了使桥梁在投入运营的过程中，可以抵抗不同强度的地震，保持桥体的完整性与可靠性，能够对桥梁结构的一系列破坏状态进行有效控制，使桥梁的结构能够表现出超强的性能水平。使整个桥梁在服役期限内，有效的应对可能发生的地震破坏。在相关的道路橋梁建设的规则里虽然有一些对于抗震设计的思想，但是对于这些准则没有进行量化，规定的不够明确，在实际的建设中很难有效进行控制。面对这种问题，我国的桥梁设计与建设者、研究者都要不断创新，改变落后的桥梁施工技术，大力研究拼装式的桥梁建设，基于性能对拼装式的桥墩进行研究以及设计，将好的研究成果充分运用到实际建设中来。
6高墩大跨矮塔斜拉桥结构静力特性分析
根据上述分析模型，首先利用 Midas/Civil的“未知载荷系数”功能，将塔的垂直中心运动和水平运动控制在 ± 0.01m的范围内，计算出每个斜线的初始力。二 ：通过力调节功能优化设定点;采用结构的几何非线性静态分析确定了桥梁状态结构的合成应力值分析和内力状态，同时考虑了作为结构载荷基础的自重、第二恒定载荷和优化力。在计算的桥梁情况下，考虑到汽车和汽车制动力、温度变化 （系统或温升、非线性温度梯度 ）、桥梁塔中桥梁和桥梁的纵向和横向主桥，并考虑表 1所示结构位移和内力的最大值以及相应的结构力和内力，分析了非线性静态结构分析和不利承载荷载组合。在分析过程中，将在道路 I Level 3上加载汽车载荷。表 1中的结果表明，在主梁恒定载荷下偏移 0.068m远低于主梁的最大垂直挠度 l/500（0.53m）。此外，桥梁塔顶偏移较小，表明桥梁具有极好的稳态刚度。此外，还满足了主梁前截面和斜截面应力评估要求、门箭头角处的应力和倾斜安全系数。这表明设计备选方案是适当的。当桥梁状态 -梁连接处承受恒定载荷和载荷时，在主端会发生较大的负弯矩，同时在主端施加轴向压力和推力，这两者对梁的影响至关重要。桥塔的最大内力显示在塔底，后跟塔梁连接。因此，在设计较大的塔顶平塔时，应特别注意梁连接和塔底等部分的详细设计和局部应力分析。
结束语
合适的墩梁刚度比不仅能够很大程度地改善梁体的内力分布情况，还能充分发挥混凝土的受压性能和钢筋的受拉性能，其相关研究仍有很大的发展和应用空间。
参考文献
[1]魏唐清 .自锚式悬索桥静力性能及动力特性影响研究 [J].湖南交通科技 ，2019，45（03）：156-158+195.
[2]史哲仑 .大跨度空间管桁架结构性能及施工模拟分析 [D].西安理工大学 ，2019.
[3]王凯华 ，刘志才 .大跨高墩连续刚构桥墩型选择及稳定性分析 [J].低温建筑技术 ，2019，41（06）：134-137.
[4]阙勇锋 .某预应力混凝土连续刚构桥性能试验分析 [J].四川建材 ，2019，45（04）：161-162+164.
[5]桂博 .单线铁路多跨高墩连续刚构桥合龙及稳定性研究 [D].西华大学 ，2019.