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原文传递空心薄壁高墩稳定性分析及横隔板设置方法研究

论文题名：	空心薄壁高墩稳定性分析及横隔板设置方法研究
关键词：	连续梁桥;空心薄壁高墩;横隔板设置;稳定安全系数;双重非线性
摘要：	随着我国交通行业的发展以及西部山区的开发，山区桥梁日益增多。山区桥梁桥墩一般采用空心薄壁高墩，由于山区空心薄壁高墩所受荷载形式复杂，高墩稳定性问题日益突出，并且高墩中横隔板设置至今没有统一标准，因此，对高墩结构的稳定性有必要进行更深入的研究。本文主要研究内容和成果如下：　　（1）以一联五跨高墩刚构连续梁桥为工程背景，用MIDAS/CIVIL建立全桥杆系模型。考虑百年风荷载和墩身温度梯度，在最不利纵向荷载工况下进行静力分析，提取墩顶内力。用ANSYS建立该桥最高墩实体模型，对高墩实体模型进行最不利纵向荷载工况下的第一类稳定和第二类稳定性分析，探究几何非线性和材料非线性对高墩稳定性的影响。结果表明：该桥高墩前五阶屈曲模态为整体侧向失稳，高墩稳定安全系数较大，稳定安全储备保守；第二类稳定分析结果表明：考虑几何非线性的稳定安全系比弹性分析结果的稳定安全系数低25%~28%，而考虑几何非线性和材料非线性的稳定安全系数大幅减小，说明材料非线性对高墩稳定性影响较大。　　（2）对3#高墩（70m）进行混凝土强度等级、墩身矩形截面壁厚和墩身高墩三种参数的第一类稳定性影响分析。结果表明：混凝土等级的提高对高墩稳定性有小幅的增加；高墩稳定性对墩身截面厚度尤为敏感；墩身高度越高，稳定安全系数减小幅度越大。　　（3）根据四边简支板弹性屈曲理论推导高墩局部稳定临界值宽厚比b/t的解析解为 b/t≤1.1√Ec/fck，得出C40混凝土高墩矩形截面局部稳定临界值宽厚比b/t≥38.3；针对3#高墩，以宽厚比b/t作为变化参数，进行最不利纵向荷载工况下的第二类稳定性分析；结果表明：高墩呈现局部失稳的宽厚比临界值b/t≥30，小于根据弹性屈曲理论所得的临界值38.3，即说明根据四边简支板弹性屈曲理论分析得出的宽厚比临界值非保守，因此在分析高墩局部失稳临界条件时需要考虑双重非线性的影响。　　（4）通过对墩身壁厚为20cm的3#高墩进行第一类稳定分析，对比有无横隔板两种模型前五阶屈曲模态发现：横隔板的设置可以改变局部屈曲变形的大小和位置，对局部屈曲有抑制作用。　　（5）以3#高墩截面宽厚比和横隔板设置为参数，进行最不利纵向荷载工况下的第二类稳定性分析。结果表明：对该桥来说，设置横隔板能有效防止薄壁墩的局部失稳；截面宽厚比b/t≤15时，高墩可不设置横隔板；截面宽厚比15＜b/t＜30时，设置横隔板可以避免高墩发生局部失稳。　　（6）横隔板设置间距、宽高比和宽厚比三种参数分析结果表明：横隔板设置间距在0.214倍至0.285倍墩高之间最优；横隔板的宽厚比最小值不宜低于5；横隔板的宽高比在10至12之间较为合理。
作者：	郑冰
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	康俊涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文