大跨度橋梁設計的論文
一、非線(xiàn)性地震反應分析
大跨度橋梁結構的非線(xiàn)性可分為材料非線(xiàn)性(又可稱(chēng)為物理非線(xiàn)性或彈塑性)和幾何非線(xiàn)性?xún)煞N，一般情況下結構的幾何非線(xiàn)性可通過(guò)考慮所謂的P-△效應來(lái)進(jìn)行在結構非線(xiàn)性地震反應分析的計算理論研究方面，備受關(guān)注的是結構的彈塑性分析，這不僅是因為相對于幾何非線(xiàn)性而言，結構的彈塑性性能對于結構的抗震性能影響較大，而且更由于問(wèn)題的復雜性。所以國內外眾多學(xué)者針對后者開(kāi)展了大量的研究工作。在大跨度公路橋梁彈塑性地震反應分析的力學(xué)模型中，根據各種構件的工作狀態(tài)，將結構簡(jiǎn)化為桿系結構是合理的，同時(shí)對計算而言也是非常經(jīng)濟的。若按構件所處的空間位置可把力學(xué)模型分為平面模型和空間模型兩種。若按模型中所采用的單元應力水平的種類(lèi)來(lái)分，又可分為微觀(guān)模型(采用應力空間)和宏觀(guān)模型(采用內力空間)兩種。由于微觀(guān)模型要求將結構劃分為足夠小的單元，盡管很有效但所需的計算量較大，只適用較小規模的結構或構件的非線(xiàn)性分析，因此在實(shí)際工作中應用的范圍比較有限，所以這里僅按前一種分類(lèi)方法來(lái)加以討論。
在結構彈塑性地震反應分析中，構件恢復力模型的確定是基本的步驟而構件的恢復力關(guān)系又集中反映在滯回特性曲線(xiàn)上，基本指標有曲線(xiàn)形狀、骨架曲線(xiàn)及其特征參數、強度、剛度及其退化規律、滯回耗能機制、延性和等效滯回阻尼系數等。國內外在這方面已進(jìn)行了大量的試驗研究并取得了相應的研究成果。在平面模型中，根據所采用的塑性鉸類(lèi)型可把它分為集中塑性鉸模型和分布塑性鉸模型兩大類(lèi)。在集中塑性鉸模型中，有代表性的一種是Clough等于1965年提出的雙分量單元模型，該單元模型采用兩根平行桿來(lái)模擬構件，其中一根用來(lái)表示具有屈服特性的彈塑性桿，另一根用來(lái)表示完全彈性桿，非彈性變形集中于桿件兩端的集中塑性鉸處，該模型的最大不足是不能考慮構件剛度退化。另一種有代表性的是1969年Giber-son提出的單分量模型，它克服了Clough雙分量模型的不足，同時(shí)只用兩個(gè)桿端塑性轉角來(lái)刻劃桿件的彈塑性性能，而桿件兩端的彈塑性參數又是相互獨立的，因此應用起來(lái)較為簡(jiǎn)便。其缺點(diǎn)是基本假設中有地震過(guò)程中反彎點(diǎn)不能移動(dòng)的限制，所以對一些與基本假設不甚相符的特殊情況其使用的合理性就受到了限制。
二、多點(diǎn)激振效應
通常橋梁結構的地震反應分析是假定所有橋墩墩底的地震運動(dòng)是一致的。而實(shí)際上，由于地震機制、地震渡的傳播特征、地形地質(zhì)構造的不同，使得入射地震在空間和時(shí)間上均是變化的。即使其他條件完全相同，由于地面上的各點(diǎn)到震源的距離不同，它們接收到的地震波必然存在著(zhù)時(shí)間差(相位差)，由此導致地表的非同步振動(dòng)。這一點(diǎn)已被地震觀(guān)測結果所證實(shí)。因此，多點(diǎn)地震輸入是更合理的地震輸入模式。特別是大跨度橋梁結構，當地震波的波長(cháng)小于相鄰橋墩的跨度時(shí)，入射到各墩的地震波的相位是不同的，由于在橋長(cháng)范圍內各墩下的基礎類(lèi)型和周?chē)膱?chǎng)地條件可能有很大的差別，因此入射到各墩的地震波的波形也可能是不同的。有關(guān)實(shí)際震害表明，入射地震波的相位差可增大橋跨落梁的危險性。所以就地震波傳播過(guò)程中的多點(diǎn)激振效應進(jìn)行研究是有很大的實(shí)際意義的。
從概念上看，僅考慮入射地震波的相位變化情況屬于行波效應分析問(wèn)題。若再考慮地震波的波形變化就屬于地震波的多點(diǎn)輸入問(wèn)題。從計算方法上看，由于多點(diǎn)地震輸入算法與同步激振的計算方法不同，因此必須重新推導結構體系的動(dòng)力平衡方程。美國學(xué)者Penzien和Clough于1975年推導了多自由度體系考慮地震波多點(diǎn)輸入時(shí)的`動(dòng)力平衡微分方程及求解方法，通過(guò)所謂的影響矩陣，實(shí)現了地震波的多點(diǎn)輸入算法。這種方法后來(lái)被廣泛應用，目前所有考慮地震波多點(diǎn)輸入的結構地震反應時(shí)程分析算法均以此為基本出發(fā)點(diǎn)。
綜上所述，大跨度公路橋梁的多點(diǎn)激振效應分析是一個(gè)比較復雜的計算問(wèn)題，其復雜性一方面在于計算方法上面，更重要的是對于不同類(lèi)型的橋梁結構體系可能有著(zhù)截然不同的計算結果。因此實(shí)際計算時(shí)只能針對具體的橋梁結構進(jìn)行具體的分析，不能一概而論。從計算方法上看，目前有關(guān)研究基本上仍局限于線(xiàn)彈性體系的多點(diǎn)激振效應分析，而非線(xiàn)性多點(diǎn)激振效應與結構體系非線(xiàn)性地震反應分析的力學(xué)模型是密切相關(guān)的．
三、結構設計
上部構造形式的選擇，應結合橋梁具體情況，綜合考慮其受力特點(diǎn)、施工技術(shù)難度和經(jīng)濟性。簡(jiǎn)支空心板結構的橋型，施工方便，施工技術(shù)成熟；但跨徑小，梁高大；由于橋梁跨徑受限制，往往造成跨深溝橋梁高跨比不協(xié)調，美觀(guān)性差；上部構造難以與路線(xiàn)小半徑、大超高線(xiàn)形符合，且高墩數量增加；橋面伸縮縫多，行駛條件差。因而，在山區大跨度中，該類(lèi)橋型一般用于地形相對平緩、填土不高的中、小橋上。預制拼裝多梁式T梁在中等跨徑橋中具有造價(jià)省、施工方便的特點(diǎn)，其造價(jià)低于整體式箱梁，是中等跨徑直梁橋的常用橋型。但對于曲線(xiàn)梁來(lái)說(shuō)，T梁為開(kāi)口斷面，抗扭及梁體平衡受力能力均較箱梁差，曲梁的彎矩作用對下部產(chǎn)生的不平衡力大。但當曲線(xiàn)橋的彎曲程度較小時(shí)，曲線(xiàn)T梁橋采用直梁設計，以翼緣板寬度調整平面線(xiàn)形，可減少曲梁的彎扭作用，在一定程度上可彌補曲線(xiàn)T梁橋受力和施工上的不足。雖然直線(xiàn)設置的曲線(xiàn)橋仍有部分恒載及活載不平衡影響及曲線(xiàn)變位存在，但較曲線(xiàn)梁小。此外，可以采取加強橫向聯(lián)系的措施，提高結構的整體性。對于大跨徑橋梁，最好采用懸臂澆筑箱梁。但是對于中等跨徑的橋梁，箱梁橋不論采取何種施工方式，費用都較高，與預制拼裝多梁式T梁相比，處于弱勢。
下部結構應能滿(mǎn)足上部結構對支撐力的要求，同時(shí)在外形上要做到與上部結構相互協(xié)調、布置均勻。橋墩視上部構造形式及橋墩高度采用柱式墩、空心薄壁墩或雙薄壁墩等多種形式。柱式墩是目前公路橋梁中廣泛采用的橋墩形式，其自重輕，結構穩定性好，施工方便、快捷，外觀(guān)輕穎美觀(guān)。對于連續剛構橋，要注意把握上下部結構的剛度比，減小下部結構的剛度比，減小下部結構的剛度，可減小剛結點(diǎn)處的負彎矩，同時(shí)減小橋墩的彎矩，也可減小溫度變化所產(chǎn)生的內力。但是橋墩也不可以太柔，否則會(huì )使結構產(chǎn)生過(guò)大變形，影響正常使用，并不利于結構的整體穩定性。對于高墩，除了要進(jìn)行承載能力與正常使用極限狀態(tài)驗算外，還要著(zhù)重進(jìn)行穩定分析。對于連續梁結構或連續剛構橋，各墩的穩定性受相鄰橋墩的制約影響，應取全橋或至少一梁作為分析對象。穩定分析的中心問(wèn)題就是確定構件在各種可能的荷載作用和邊界條件約束下的臨界荷載，下面以連續梁為例進(jìn)行說(shuō)明。介于梁、墩之間的板式橡膠支座，梁體上的水平力H(車(chē)輛制動(dòng)力和溫度影響力等)是通過(guò)支座與梁、墩接觸面上摩阻力而傳遞給橋墩的，它不但使墩頂產(chǎn)生水平位移，而且板式橡膠支座也要產(chǎn)生剪切變形。當梁體完成水平力的傳遞以后，梁體暫時(shí)處于一種固定狀態(tài)，但由于軸力及墩身自重的影響，墩頂還會(huì )繼續產(chǎn)生附加變形，這就使得板式支座由原來(lái)傳遞水平力的功能轉變?yōu)榈挚苟枕斃^續變形的功能，支座原來(lái)的剪切變形先恢復到零，逐漸達到反向的狀態(tài)。
四、結語(yǔ)
山區大跨度作為公路工程的一部分，很多方面需要探討。山區大跨度方案的確定應遵循“安全、舒適、經(jīng)濟、美觀(guān)”的原則，只有把握好規律，抓住側重點(diǎn)，山區高速橋梁的布置和設計才能準確無(wú)誤。
參考文獻
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