钢管混凝土高墩连续刚构桥施工期稳定可靠度分析.docVIP

PAGE PAGE 1 钢管混凝土高墩连续刚构桥施工期稳定可靠度分析 　　摘要：本文以某高速公路的某某特大桥为工程背景，根据施工期钢管混凝土高墩连续刚构桥悬臂施工特点，建立了最大悬臂施工整体稳定性可靠度分析模型。同时对钢管混凝土主墩进行参数敏感性分析，识别主墩各参数对可靠指标的敏感程度。通过分析表明，外包混凝土等级以及主墩钢管壁厚的变化对结构可靠性的影响比较敏感。 　　关键词：钢管混凝土；悬臂施工；连续刚构；可靠度； 　　中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号： 　　0引言 　　近年来，高墩大跨梁桥以其独特的优势被广泛应用，近年来得到了较快的发展[1]。钢管混凝土作为一种轻质、高强的组合材料，在桥梁工程中的应用已越来越多。而与一般钢筋混凝土墩柱相比，钢管混凝土墩柱的优越性主要表现在[2-3]：能够充分发挥钢管混凝土结构抗压强度大的优势；施工便捷，速度快；经济效益显著；延性好，耗能性能好，有利于抗震等。 　　悬臂浇注的高墩大跨刚构桥是结构随浇注梁段的增加而逐步“生长”的过程，随着悬臂长度加长，其施工恒载、施工活载、风载也都是逐步增大的。当达到最大悬臂施工阶段时，施工荷载以及悬臂梁段自重产生的效应对整个T构的稳定可靠性最为不利。 　　本文结合某特大桥最大悬臂施工阶段T型刚构的稳定可靠度分析，对钢管混凝土主墩各设计变量参数作较全面分析，研究其对可靠指标的影响程度。 　　1施工期抗力效应概率模型 　　高墩大跨刚构桥其突出特点是顺桥向墩的抗推刚度小，因此它的侧向失稳变形破坏不容忽视。在进行设计时，必须进行稳定性分析。本文建立最大悬臂施工阶段抗力概率模型时，不考虑两幅桥梁间的横向联系，即以单薄壁高墩为分析对象。 　　在进行单薄壁高墩的稳定性分析时，最大悬臂施工阶段计算模型见图6.1所示，图中、表示作用在墩顶上所有竖向力之和及不平衡弯矩之和；、表示梁的惯矩及自重（）；、表悬臂端不平衡竖向力及弯矩。 　　图1单薄壁墩侧向失稳变形 　　作者简介：李杰（1983-），男，湖南长沙人，硕士研究生，工程师。 　　侧向弯曲失稳的位移函数为。则用能量守恒原理计算墩顶临界力可得[4]： 　　(1.1) 　　式中：混凝土弹性模量；墩身抗弯刚度，取墩身较小截面顺桥向抗弯刚度，一般取轴和轴的惯性矩中小的抗弯刚度；墩身自由长度；桥墩自重集度，公路桥梁的单薄壁桥墩一般都采用空心薄壁墩，本文研究对象为变截面主墩，从上而下慢慢变大，这里的自重集度是平均集度（）。 　　因此，桥墩失稳可靠度的抗力概率模型可表示为： 　　(1.2) 　　式中为抗力计算模式的不定性系数，恒载统计参数，两者的取值[5,6]具体见表4.1其，其他符号意义同前。根据交通部“公路可靠度研究”课题组发布的研究结果，几何参数的不定性较小，因而其变异性对可靠指标影响很小。在本文中忽略几何参数的影响，考虑材料性能不定性和计算模式的不定性。 　　2施工期荷载效应概率模型 　　在进行结构设计时，无论时承载能力极限状态还是正常使用极限状态，均必须考虑可能同时出现的多种作用的效应组合，求其总的作用效应，同时考虑到作用出现的变化性质，包括作用出现与否及作用出现的方向，这种组合是多种多样的，应在必须考虑的所有组合中，取其最不利的效应组合进行设计。 　　参照《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60－2004）规定，以及桥梁结构所处条件，本文考虑如下几种荷载： 　　荷载1：已浇悬臂梁段自重荷载； 　　荷载2：施工荷载及偏差（施工荷载的计算见[7]）； 　　荷载3：挂蓝重； 　　本文主要考虑墩顶处轴力引起的荷载效应组合，具体为[8]： 　　(2.1) 　　式中：已浇块件作用下桥墩处产生的顺桥向轴力效应（）；恒载统计参数，为服从正态分布的随机变量；第号块的重量（）；第号块的重心离墩顶的距离（m）。为施工活载引起桥墩处的轴向效应（）；为第i号梁段的长度；为实际作用的施工荷载与理论计算的荷载值之比，服从[6]；看作是确定性量，挂蓝作用下桥墩处产生的轴力效应（）；考虑到两边挂蓝设计相同取0；挂蓝的重量（）；当一端挂蓝跌落时要乘以冲击系数2，还是。 　　3稳定可靠度功能函数 　　在施工过程中结构构件的抗力和荷载效应均为随机过程，对应不同的施工阶段，其可靠度功能函数也不一致。进行可靠性分析的功能函数可表示为： 　　(3.1) 　　本文针对最大悬臂施工阶段，墩顶处施工荷载作用下的失稳失效。相应的可靠度功能函数可写为： 　　(3.2) 　　需要说明的是由于单薄壁桥墩截面一般由上而下变宽。因此，实际应用上式的时候，对应不同高度处桥墩截面的几何特性值都不同。本文以墩顶截面的几何特性值来代替整个桥墩，这样算出来的结果比较保守。 　　4算例分析及讨论 　　4.1工程概况 　　某高速公路跨峡谷的一座特大桥，其主跨为变截面连续刚构，全桥跨径组合