基于安全富余度的不对称连续刚构桥优化设计研究

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我国西部地区的地形特点是山体较多、地形起伏大,常常遇见“U”形或“V”形峡谷。针对该类地形,最优的桥型选择当属不对称桥梁,不对称桥梁可以有效减少生态环境的破坏;降低工程造价。为了开展对不对称桥梁的研究工作,本文依托不对称连续刚构桥开展工作,以结构受力研究为基础,优化计算为核心。主要的研究工作包括如下几部分内容:(1)开展国内外针对不对称桥梁建设现状、优化算法研究现状及不对称连续刚构桥的特点等方面的调研工作。(2)分析不对称连续刚构桥受力特性。分别进行了分跨不对称时支反力和主梁的受力性能研究,得到的结论是:在进行不对称桥梁设计时,应控制分跨比例系数不小于0.4,超过这个分跨比例系数支点位置易出现拉力。分跨不对称时主梁内力研究,得到的结论是:随着分跨比例系数的减小,主梁应力值有增大的趋势,当分跨比例系数在0.4附近时急剧增大。主梁对称桥墩不对称时候的研究,得到结论:随着任何一个桥墩墩高的减小,所有桥墩的墩顶弯矩均加大。(3)对依托工程进行内力计算。在包络工况下,合龙段附近承受最大正弯矩,大边跨与小边跨跨中的最大正弯矩不等,大、小T构根部的负弯矩也不等,主梁受力不对称。(4)分析结构的安全性能。承载能力极限状态下,开展正截面抗弯验算、斜截面抗剪验算以及抗扭的验算,验算结果表明,依托工程承载能力均满足规范相关要求。正常使用极限状态下,主要进行裂缝验算,验算结果显示,结构正常使用极限状态同样满足规范相关规定。定义安全富余度,计算结构承载能力的安全储备量。(5)不对称连续刚构桥的优化计算工作,在控制原则的基础上,钢束优化得到的结果为:节省钢绞线17702.4m,总重量达到19490.34Kg。主梁腹板整体降低10cm得到结果是:结构的承载能力和使用阶段的应力要求均规范要求。但是结构的承载能力安全储备量降低。主梁线形的优化计算:得到小T构根部降低120cm,大T构根部降低33.8cm。通过本文分析可知,不对称连续刚构桥最优的设计方案为:主梁大、小T构配筋不对称设计,主梁大、小T构的箱梁线形采用不同次数的抛物线。
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