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基于吊杆破断的中承式拱桥抗连续性倒塌分析

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连续性倒塌是指结构局部构件的破坏导致相邻构件失效,从而引发更多构件破坏,最后导致结构的整体破坏或出现和初始破坏不成比例的大面积倒塌连琐反应。国内外对于房屋建筑结构的抗连续性倒塌已经有相应地规范和设计流程,但桥梁结构的连续倒塌研究较少。虽然房屋建筑关于抗连续性倒塌的成果为桥梁结构的抗连续倒塌分析提供了很好的借鉴,但不同结构的设计标准、结构物的可靠指标、荷载取值等方面的要求并不相同。本文结合中承式拱桥的结构特点,对其由于吊杆破断所引起的抗连续性倒塌机理进行分析,为桥梁抗连续性倒塌性能评估和相关设计规范提供参考。主要工作包括以下三个方面: 首先,通过对由于吊杆破断产生的中承式拱桥垮塌事故进行总结与分析,结合结构连续性倒塌的相关研究进展及各国关于抗连续性倒塌的相关规范条文,分析了本研究的必要性。同时,总结分析了各类中承式拱桥的结构及构造特点,选取了三座不同桥道系结构形式的中承式拱桥作为桥例进行进一步分析。 其次,建立了三座不同桥道系结构形式的中承式拱桥有限元模型,分析了吊杆发生破断对结构静力特性的影响。结果表明,桥面系为漂浮体系时,吊杆破断后,相邻段桥面会发生落梁,其余部分不会产生较大影响,发生连续倒塌的可能性低。为固结体系时,吊杆发生破断后,会对主梁的受力性能产生影响,会有发生连续性倒塌的可能性。在此基础上,将建筑结构中基于鲁棒性的重要性系数分析方法运用到中承式拱桥的抗连续性倒塌分析中,讨论了不同位置吊杆的重要性系数。跨中及1/4跨处吊杆的重要性系数较大,靠近拱脚处的吊杆重要性系数一般较小,当该处吊杆发生损伤或破断后,会导致桥面系的连续性倒塌。 最后,以天圆大桥为研究对象,通过对桥面作用偶然荷载,模拟拱桥吊杆破断后的结构各部件的时程响应,讨论完好状态及损伤状态下主梁及拱肋应力及位移的变化情况,并运用简化模型法计算了桥面系抗连续性倒塌安全系数。结果表明,天圆大桥抗连续性倒塌安全系数较大,由于桥梁由主梁及拱肋共同承载,具备了一定的“备用荷载路径”。

白珂冰

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中承式拱桥 抗连续性倒塌 吊杆破断 有限元模型

硕士

建筑与土木工程

高婧

2017

厦门大学

中文

U4