大角度V撐蝶形拱式連續(xù)梁橋受力性能的研究.pdf

1、梁式橋是具有悠久歷史的橋梁結構體系。按承重結構的靜力體系劃分，梁式橋包括簡支梁、懸臂梁以及連續(xù)梁橋。近年，在建筑材料、設計理論、施工工藝水平大幅提高的基礎上，以傳統(tǒng)梁橋理論為基礎進行橋梁結構形式的創(chuàng)新層出不窮，V撐蝶形拱式連續(xù)梁橋正是在此背景下出現(xiàn)的新型結構之一。其中，V撐（即V墩）的出現(xiàn)豐富了橋梁的藝術造型，同時彰顯了增大整體剛度、減小跨徑、改善主梁受力性能等優(yōu)點。蝶形拱即拱肋向橋外側有傾角，從遠處觀望，猶如振翅欲飛的蝴蝶。此橋型外觀

2、新穎，富有空間曲線美及力度感，具有明顯的藝術造型與技術創(chuàng)新的特點，但V撐蝶形拱的構造復雜，設計和施工難度均相對較高。因此，準確的分析其結構的受力特征、了解結構破壞形式、開展其極限承載力的研究、獲取結構在特定荷載工況下的安全儲備能力，為今后同類橋型的設計、施工、監(jiān)控提供可靠的參考和指導，具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文結合黑龍江省黑河市大黑河島蝶形拱式連續(xù)梁橋建設項目，該橋的V撐結構具有大夾角和雙向V形的特點，為國內首例。通過理論分析

3、、數(shù)值模擬、施工現(xiàn)場監(jiān)測、神經(jīng)網(wǎng)絡等研究方法，研究了大角度V撐蝶形拱式連續(xù)梁橋對不同結構參數(shù)的敏感性規(guī)律、應力傳感器埋設的合理位置的確定、明確風險分析的目標并確定結構失效風險最大階段。主要工作內容包括結構的理論分析、現(xiàn)場應變傳感器的埋設、數(shù)據(jù)的測試與分析、結構的數(shù)值模擬以及多參數(shù)敏感性規(guī)律的歸納總結。主要研究內容與成果如下:
　　(1)通過數(shù)值模擬分析與現(xiàn)場實測相結合的方法，進行大角度V撐蝶形拱式連續(xù)梁橋不同參數(shù)的敏感性分析，通過

4、人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術與參數(shù)敏感性分析的結合，根據(jù)一個特定的系統(tǒng)和一個給定的基準狀態(tài)，識別出對系統(tǒng)狀態(tài)產生影響的參數(shù)，從而分析參數(shù)變化對系統(tǒng)狀態(tài)的影響程度?？偨Y了橋梁結構施工階段及運營階段的敏感性參數(shù)，為同類橋梁設計、施工提供理論支持。
　　(2)應用有限元分析理論和大型有限元分析程序，建立了大黑河島蝶形拱式連續(xù)梁橋的整橋靜力分析模型并展開分析研究。通過結構內力的分布情況，選擇結構受力不利、受力情況難以明確或重點關注的位置進行傳感器的埋

5、設，初步確定傳感器的布置形式，并通過現(xiàn)場檢測得出測試數(shù)據(jù)與模型分析的結果的對應關系，進行分析研究，提出了可全面而精確的獲得結構受力信息的傳感器布置方案，提高同類橋型施工監(jiān)控與結構分析的工作效率及準確性，從而保障橋梁施工安全。
　　(3)V撐蝶形拱式連續(xù)梁的動力性能研究。通過動力分析的基本方法和建模原則，建立了Midas/civil2010建立V撐蝶形拱式連續(xù)梁橋抗震分析模型，進行橋梁的自振特性分析。分別建立了考慮樁-土效應的分析模

6、型和不考慮樁-土效應的分析模型，對兩種模型前10階自振特性進行研究，討論了樁-土效應對結構振動響應的影響，分別應用反應譜法和時程分析法進行抗震分析,明確了動力分析中考慮樁-土效應的必要性，為同類型橋梁的結構優(yōu)化提供參考。
　　(4)建立了V撐結構的ANSYS空間有限元模型，通過局部應力的理論求解與振弦式傳感器實測數(shù)據(jù)的對比分析，得到不同階段V撐結構的應力分布狀態(tài)。利用數(shù)據(jù)分析程序MATLAB對測試數(shù)據(jù)進行數(shù)值回歸，結合人工神經(jīng)網(wǎng)絡

7、技術，對影響結構破壞、失效的內部、外界風險因素進行預測，開展結構失效的風險分析。提出了基于層次分析—灰度理論—蒙特卡洛—有限元—神經(jīng)網(wǎng)絡(AHP-Gray theory-Monte Carlo-FEM-ANN)的風險分析綜合方法。解決了以往風險決策多依賴于決策者經(jīng)驗和定性分析的問題，從而更具可靠性和可操作性。根據(jù)影響橋梁施工階段的風險因素，提出了蝶形拱式連續(xù)梁橋施工階段風險因素的防范對策。
　　本文的研究工作為了解大角度V撐蝶形拱