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原文传递超高墩竖向隔板对矮塔斜拉桥稳定性与抗震的影响研究

论文题名：	超高墩竖向隔板对矮塔斜拉桥稳定性与抗震的影响研究
关键词：	矮塔斜拉桥;超高墩;竖向隔板;稳定性能;抗震性能
摘要：	近年来，随着我国西部山区交通建设的迅速发展，超高墩大跨型桥梁的数量逐渐增多。在这种背景下，矮塔斜拉桥作为一种结合了连续梁桥和斜拉桥特点的新型组合桥梁，在100~300m跨径范围内得到了广泛应用。为了承担超高墩矮塔斜拉桥上部结构较大的混凝土自重，通常在超高墩上设置顺桥向和横桥向的竖向隔板，形成单箱四室截面。然而，这也导致了高墩结构的复杂性和施工上的困难。目前，关于超高墩竖向隔板的设置还没有明确的标准，导致了材料的浪费。因此，本文以渝湘复线高速公路上的一座超高墩大跨预应力混凝土矮塔斜拉桥磨寨乌江特大桥为工程背景，利用有限元数值计算讨论超高墩中竖向隔板对矮塔斜拉桥的稳定性和抗震性能的影响，以期在确保结构安全的前提下，优化超高单肢薄壁墩的结构形式，从而方便施工，并可充分利用材料。本文的研究工作主要包括以下几个方面：　　（1）通过建立有竖向隔板和无竖向隔板的桥梁施工分析有限元模型，对比了多种工况下的静力性能。发现在成桥考虑十年收缩徐变后，不设置竖向隔板的桥梁模型的墩底弯矩比设置竖向隔板的模型要小10%。而在其他工况下，二者的差异并不明显，并且不设置竖向隔板，在恒载+活载工况下，桥墩的应力储备仍较高。　　（2）基于稳定性分析理论，利用ABAQUS建立了全桥墩设置竖向隔板、墩底至第三道横隔板之间设置竖向隔板、不设置竖向隔板但将竖向隔板等效到墩身以及不设置竖向隔板的桥墩模型，进行线弹性稳定性分析。其中，第四个模型的整体稳定性和局部稳定安全系数最佳。相较于设置竖向隔板的模型，不设置竖向隔板的模型整体稳定性差异不到2%。局部稳定性安全系数为78.9，与设置竖向隔板的桥墩稳定性安全系数相比减小了9%，仍然有足够的安全富裕度。在保持原桥墩的坡度和薄壁厚度不变的前提下，建立了185、216、250m的超高墩模型，都不设置竖向隔板。计算结果表明，当墩高达到250m时，此类型的超高墩仍然在第三阶模态才出现局部失稳，与216m高墩相比，整体稳定性和局部稳定性分别下降了42%和50%。基于非线性分析理论，利用ABAQUS建立了设置竖向隔板和不设置竖向隔板的桥墩模型。计算结果表明，两种模型都为整体失稳，非线性稳定安全系数的差异仅为2%。　　（3）基于非线性动力时程理论，采用OpenSEES建立了依托工程的非线性动力模型。比较了设置竖向隔板和不设置竖向隔板的全桥模型的墩顶位移和桥墩关键截面内力响应。结果表明，竖向隔板对墩顶位移影响较小，而不设置竖向隔板的情况下，桥墩关键截面在E2地震下的抗弯性能满足要求，并且与设置竖向隔板相比富裕度基本相同。　　（4）通过IDA分析理论构建了该桥桥墩关键截面的易损性曲线，得到了该桥在地震作用下桥墩的损伤规律。比较了设置竖向隔板和不设置竖向隔板的情况下桥墩的塑性铰位置和易损性规律。结果表明，该桥不设置竖向隔板对墩顶的易损性曲线没有影响，虽然墩底过渡截面的损伤概率会增加，但是依旧小于墩底截面的损伤概率，并且墩底截面损伤概率相对于设置竖向隔板有所减小。
作者：	成佳玲
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	包立新
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023