本文關鍵詞： 超寬圓端形薄壁空心橋墩 整體穩(wěn)定 局部穩(wěn)定 幾何非線性 材料非線性 模型試驗　出處：《蘭州交通大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：我國既有鐵路橋梁多為單線橋和雙線橋,有時受地形限制,普通單雙線鐵路不得不將車站設置于橋梁上,由于車站一般均由多條站線組成,相應的橋梁不可避免地也要修建成多線形式。當橋梁高度較高時,修建實體橋墩是不經(jīng)濟、也不合理的,而空心墩既節(jié)省圬工量、受力又比較合理,因此,修建多線超寬空心橋墩就成為經(jīng)常遇見的情況,特別是墩高30~60m的多線超寬混凝土空心高墩在我國鐵路橋梁工程中得到了越來越廣泛的應用和發(fā)展。超寬圓端形薄壁空心橋墩在構造上既有柱的特點,其墩壁又屬于空間板殼結構,因此受力較為復雜。上世紀70年代,國內(nèi)多家科研單位曾對矩形、圓柱形、圓錐形空心墩的穩(wěn)定問題進行過研究,但研究內(nèi)容僅限于寬度較小的單線或雙線橋梁混凝土空心墩,對于此類超寬圓端形薄壁空心墩并未涉及。本課題的研究力求對此類多線超寬圓端形薄壁空心墩的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定性能做出準確的評價,并總結出合理的應對措施,以減少設計的盲目性,做到設計有理可循;同時為今后類似工程結構的設計提供參考和借鑒,從而保證超寬圓端形薄壁空心墩設計的安全可靠性。本文以蘭渝鐵路蘭州樞紐大砂坪特大橋的四線圓端形薄壁空心墩為研究對象,從理論計算和試驗研究兩方面對此類橋墩的穩(wěn)定性能進行了分析,得出了此類薄壁空心墩失穩(wěn)受力特性和失穩(wěn)模態(tài),揭示了空心墩的失穩(wěn)破壞機理,同時分析了豎向縱隔板對空心墩穩(wěn)定性的影響,可為今后此類超寬圓端形薄壁空心橋墩的穩(wěn)定性研究和工程設計提供參考。本文的主要研究內(nèi)容與結論如下:(1)對工程實例中的橋墩模型進行有限元數(shù)值模擬分析。分別建立有縱隔板的原橋墩模型和無縱隔板的橋墩模型,對兩種模型分別進行線彈性穩(wěn)定分析,計算得出兩種模型的第一階屈曲模態(tài)均表現(xiàn)為橋墩墩壁的局部屈曲,而沒有出現(xiàn)橋墩的整體失穩(wěn),超寬圓端形薄壁空心墩的線彈性失穩(wěn)特征主要表現(xiàn)為板殼的局部凸曲和凹曲。墩高、壁厚、混凝土強度等級及是否設置豎向縱隔板對超寬空心墩線彈性穩(wěn)定都有一定的影響,其中豎向縱隔板和壁厚對線彈性穩(wěn)定的影響較為明顯。(2)對有縱隔板橋墩和無縱隔板橋墩分別進行了基于有限元法的非線性屈曲分析。由非線性屈曲分析結果可知,不考慮非線性,僅進行線彈性分析時,有縱隔板橋墩的失穩(wěn)臨界荷載是無縱隔板橋墩的4.48倍;當考慮結構的初始缺陷,進行幾何非線性分析時,有縱隔板橋墩的失穩(wěn)臨界荷載是無縱隔板橋墩的4.39倍;當考慮結構的初始缺陷,進行幾何非線性和材料非線性分析時,有縱隔板的失穩(wěn)臨界荷載是無縱隔板的1.215倍,因此,設置縱隔板能提高橋墩線彈性穩(wěn)定承載力,但在考慮幾何和材料雙重非線性后,設置縱隔板對提高橋墩極限承載能力的貢獻有限,建議在以后的同類型橋墩設計中,從方便施工的角度考慮,可以取消豎向縱隔板的設置。(3)由非線性屈曲計算結果分析得出,在考慮了結構初始缺陷和非線性后,橋墩的穩(wěn)定承載能力大幅降低,其中無縱隔板橋墩的彈塑性屈曲荷載為線彈性屈曲荷載的1/4.4,而有縱隔板橋墩的彈塑性屈曲荷載僅為線彈性屈曲荷載的1/16。可見超寬空心橋墩的失穩(wěn)不會發(fā)生在材料的線彈性階段,而是發(fā)生在彈塑性階段,橋墩的失穩(wěn)破壞是由于材料達到強度極限而引起的,計算時必須進行非線性彈塑性分析才是較為準確的。(4)對無縱隔板橋墩來說,非線性屈曲分析計算得到的豎向失穩(wěn)極限荷載Pcr=487028 kN,穩(wěn)定安全系數(shù)K=12.45;而有縱隔板橋墩的豎向失穩(wěn)極限荷載Pcr=591628kN,穩(wěn)定安全系數(shù)達到了K=15.02�？梢娫趯Υ祟惓瑢拡A端形薄壁空心墩進行非線性彈塑性屈曲分析中,兩者都有非常大的安全儲備,即使考慮了結構初始缺陷和非線性的影響,此類超寬薄壁空心墩的穩(wěn)定性仍然具有很高的保障。(5)按照歐拉公式和鐵路橋梁規(guī)范分別計算了空心墩的整體穩(wěn)定承載力,按照板殼屈曲理論分析了空心墩的局部穩(wěn)定承載力。通過與有限元數(shù)值分析結果對比分析,得出按照鐵路橋梁設計規(guī)范計算得到的超寬圓端形薄壁空心墩的穩(wěn)定安全系數(shù)接近于按照考慮了結構幾何缺陷和雙重非線性后進行的有限元數(shù)值分析得到的穩(wěn)定安全系數(shù),說明鐵路規(guī)范中對于橋墩整體屈曲臨界荷載的計算公式是合理的。(6)基于模型相似理論,選用Q345鋼材為試驗材料,分別按照設置縱隔板和不設縱隔板超寬空心墩原型尺寸制作兩組縮尺模型進行荷載試驗,試驗結果與有限元彈塑屈曲數(shù)值分析結果較為吻合,說明模型試驗可以較好模擬結構失穩(wěn)的受力特征和失穩(wěn)模態(tài),也驗證了本文關于超寬空心墩穩(wěn)定問題分析的正確性。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U443.22

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本文編號：1535804