中小跨径桥梁节段拼装桥墩受力分析与优化设计研究

发布时间：2020-08-20 14:03

【摘要】：桥梁预制构件工业化建造和快速装配化施工能够加快施工速度、提高工程质量、减小对周边环境的影响,现已成为国家政策导向和行业研究热点。桥梁预制拼装技术在上部结构施工中应用较为广泛,但是只有极少数运用在桥墩的施工当中,而且已有的预制拼装桥墩连接方案大都是针对特殊桥梁的,并不适合在数量众多的中小跨径桥梁中大规模使用。为此,本文对中小跨径桥梁节段拼装桥墩的连接方式、构造形式、受力性能等方面展开了系列研究。首先,在查阅国内外研究文献的基础之上,分析了当下多种节段拼装桥墩连接方式存在的不足之处,并结合依托工程特点,提出了一种新型的采用“端板焊接连接件”的节段拼装桥墩,对其构造形式、构造优势、整体设计等方面进行阐述,并采用试验验证了其连接的可靠性。其次,采用MIDAS软件建立全桥有限元模型,分析桥墩在不同荷载作用下的内力分布情况,对墩柱连接部位焊缝深度进行设计计算。基于桥墩内力计算结果,运用ANSYS软件建立节段拼装墩柱连接部位局部模型,研究不同工况荷载作用下各构件的应力和变形规律。然后,采用数值模拟方法分析节段拼装墩柱在静力极限破坏荷载和拟静力循环位移荷载作用下的力学性能和抗震性能,并以墩柱的峰值承载力、极限承载力、延性性能、滞回性能、耗能能力、残余变形等为指标,研究节段拼装墩柱和整体现浇墩柱受力性能的差异性。最后,采用改变端板厚度、焊缝深度以及增加加劲板、环形套箍和核心混凝土这5项措施对节段拼装墩柱进行优化设计,分析不同优化措施对墩柱受力性能的影响规律,并对优化后的节段拼装桥墩构件的预制、运输和安装等施工工艺进行介绍。结果表明,在中小跨径桥梁节段拼装桥墩中使用“端板焊接连接件”满足结构设计要求。节段拼装桥墩在静力极限破坏荷载和拟静力循环位移荷载作用下的力学性能和抗震性能与整体现浇桥墩差异很小。不同优化措施可以不同程度地改善桥墩局部和整体的受力性能。在中小跨径桥梁中使用该种节段拼装桥墩能够实现工业化生产快速、高质、高效的特点,具有良好的社会和经济效益。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U443.22
【图文】：

新桥,三元,北京

1.1 课题的研究背景及意义2015 年 11 月 13 日 23 时，北京三元桥开始启动大修，仅在 43 小时后，1300余吨的新桥钢箱梁整体就位成功，新梁两端配重混凝土浇筑、桥面铺装、桥下路面修复等工作完成，桥梁置换前后如图 1-1 和 1-2。这是我国初次在大城市交通要道上实施完成的大型桥梁整体置换工程，是震惊世界的“中国速度”和“中国制造”[1]。同时期，上海嘉闵高架工程首次大规模采用桥梁预制装配化施工，如同“乐高”玩具一般对接架起高架桥梁[2]，如图 1-3 所示。济祁高速淮河特大桥引桥采用预制管桩和预制墩身的桥梁工业化快速施工技术，如图 1-4。传统的桥梁结构形式与现场施工方法存在施工效率低、管理难度大、能耗高、易出现质量和安全问题等，已很难满足社会需求，并且随着科技和经济的发展，现阶段桥梁建设需要降低建设成本，缩短现场施工工期，减少对周围环境和交通的干扰，有效消除危险区域作业的安全隐患，提高桥梁结构的建造质量和耐久性能。因此，如何改变传统的结构形式和施工方法，实现桥梁预制构件工业化建造和快速装配化施工已成为国家政策导向和行业研究热点。

新桥,三元,北京

高架桥梁,施工现场,上海

同“乐高”玩具一般对接架起高架桥梁[2]，如图 1-3 所示。济祁高速淮河特大桥引桥采用预制管桩和预制墩身的桥梁工业化快速施工技术，如图 1-4。传统的桥梁结构形式与现场施工方法存在施工效率低、管理难度大、能耗高、易出现质量和安全问题等，已很难满足社会需求，并且随着科技和经济的发展，现阶段桥梁建设需要降低建设成本，缩短现场施工工期，减少对周围环境和交通的干扰，有效消除危险区域作业的安全隐患，提高桥梁结构的建造质量和耐久性能。因此，如何改变传统的结构形式和施工方法，实现桥梁预制构件工业化建造和快速装配化施工已成为国家政策导向和行业研究热点。图 1-1 北京三元桥新桥置换前图 1-2 北京三元桥新桥置换后

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