钢—混凝土混合梁连续刚构桥结构性能研究

钢—混凝土混合梁连续刚构桥结构性能研究钢-混凝土混合梁连续刚构桥是一种新型梁式桥,它是将连续刚构桥主跨跨中的一段混凝土箱梁替换为钢箱梁,混凝土梁和钢箱梁在结构层次上连接在一起,共同构成了连续刚构桥的主梁部分。本文以某连续刚构桥为工程依托,将该连续刚构桥中跨跨中42米的混凝土箱梁替换为钢箱梁,试设计了一座钢-混凝土混合梁连续刚构桥,并对其进行分析,主要研究内容包括以下几个方面:(1)基于有限元理论,采用Midas Civil大型有限元软件建立连续刚构桥的全桥梁单元模型,并结合现有钢-混凝土混合梁连续刚构桥的结构参数和前人研究成果,将连续刚构桥中跨跨中42米混凝土箱梁替换成钢箱梁,建立钢-混凝土混合梁连续刚构桥的全桥模型,并对该桥进行结构验算,为后面的计算研究做铺垫。

(2)以试设计的混合梁连续刚构桥为基础,并对其结构参数进行分析,主要包括在恒载和活载分别作用下,边中跨比和钢梁长度与中跨跨径之比对混合梁连续刚构桥受力性能的影响,结果表明恒载作用下,跨中弯矩随着边中跨比的增大而减小,随着钢梁长度与跨径之比的增大而减小;活载作用下,中跨跨中最大应力随着边中跨比的增大而增大,随着钢梁长度与跨径之比的增大而减小。(3)通过连续刚构桥和混合梁连续刚构桥的有限元模型,分析对比连续刚构桥和混合梁连续刚构桥在典型静力荷载工况下的结构变形和受力特征,对比其应力分布和位移情况,结果表明自重作用下混合梁连续刚构桥的跨中位移和墩顶弯矩都较连续刚构桥小,活载作用下连续刚构桥的位移和应力都较连续刚构桥稍大。

(4)对比分析连续刚构桥和混合梁连续刚构桥的动力特性,并且分别对不同墩高差和不同墩高两种参数下的连续刚构桥和混合梁连续刚构桥的动力性能进行研究,结果表明连续刚构桥和混合梁连续刚构桥的一阶振型均为体系纵飘,混

合梁连续刚构桥的一阶自振频率较连续刚构桥大;随着主墩高差和主墩高度的增大,两座桥梁的振型频率基本上都呈减小的趋势,而且主墩高差和主墩高度对两座桥的振型模态均有较大影响。(5)对连续刚构桥和混合梁连续刚构桥分别进行E1地震作用下的反应谱分析和线性时程分析,并对计算结果进行比较,结果表明:连续刚构桥和混合梁连续刚构桥的纵向位移相差不大;混合梁连续刚构桥的横向位移均大于连续刚构桥,差值由边跨中跨逐渐向中跨跨中递增,在中跨跨中达到最大;混合梁连续刚构桥中跨跨中的竖向位移较连续刚构桥小。

混合梁连续刚构桥在地震作用下矮墩墩顶的内力较连续刚构桥大,高墩墩顶的内力较连续刚构桥小,桥墩墩底内力基本均大于连续刚构桥。(6)通过建立截面恢复力模型,采用分布铰分别对连续刚构桥和混合梁连续刚构桥进行E2地震作用下的弹塑性时程响应分析,得出桥墩塑性铰的发展模式,从而对两座桥的结构进行安全性评估。

研究表明:连续刚构桥和混合梁连续刚构桥在0.1g地震力作用下桥墩均未出现塑性铰,满足抗震设防要求;在地震波峰值0.4g的作用下,两桥都进入了屈服状态,而且混合梁连续刚构桥矮墩的地震响应要大于连续刚构桥,在设计时应在矮墩的墩顶和墩底位置局部加大配筋并且加密箍筋,提高其延性。