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(jié)構(gòu)體系。按承重結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)理論、施工工藝水平大幅提高的基礎(chǔ)上，以傳統(tǒng)梁橋理論為基礎(chǔ)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)之一。其中，V撐（即V墩）的出現(xiàn)豐富了橋梁的藝術(shù)造型，同時(shí)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(diǎn)。蝶形拱即拱肋向橋外側(cè)有傾角，從遠(yuǎn)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(shù)造型與技術(shù)創(chuàng)新的特點(diǎn)，但V撐蝶形拱的構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)計(jì)和施工難度均相對較高。因此，準(zhǔn)確的分析其結(jié)構(gòu)的受力特征、了解結(jié)構(gòu)破壞形式、開展其極限承載力的研究、獲取結(jié)構(gòu)在特定荷載工況下的安全儲備能力，為今后同類橋型的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控提供可靠的參考和指導(dǎo)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文結(jié)合黑龍江省黑河市大黑河島蝶形拱式連續(xù)梁橋建設(shè)項(xiàng)目，該橋的V撐結(jié)構(gòu)具有大夾角和雙向V形的特點(diǎn)，為國內(nèi)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(luò)等研究方法，研究了大角度V撐蝶形拱式連續(xù)梁橋?qū)Σ煌Y(jié)構(gòu)參數(shù)的敏感性規(guī)律、應(yīng)力傳感器埋設(shè)的合理位置的確定、明確風(fēng)險(xiǎn)分析的目標(biāo)并確定結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險(xiǎn)最大階段。主要工作內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)的理論分析、現(xiàn)場應(yīng)變傳感器的埋設(shè)、數(shù)據(jù)的測試與分析、結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬以及多參數(shù)敏感性規(guī)律的歸納總結(jié)。主要研究內(nèi)容與成果如下:
　　(1)通過數(shù)值模擬分析與現(xiàn)場實(shí)測相結(jié)合的方法，進(jìn)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(luò)技術(shù)與參數(shù)敏感性分析的結(jié)合，根據(jù)一個(gè)特定的系統(tǒng)和一個(gè)給定的基準(zhǔn)狀態(tài)，識別出對系統(tǒng)狀態(tài)產(chǎn)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(jié)了橋梁結(jié)構(gòu)施工階段及運(yùn)營階段的敏感性參數(shù)，為同類橋梁設(shè)計(jì)、施工提供理論支持。
　　(2)應(yīng)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(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布情況，選擇結(jié)構(gòu)受力不利、受力情況難以明確或重點(diǎn)關(guān)注的位置進(jìn)行傳感器的埋

5、設(shè)，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(jié)果的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行分析研究，提出了可全面而精確的獲得結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)分析的工作效率及準(zhǔn)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(jìn)行橋梁的自振特性分析。分別建立了考慮樁-土效應(yīng)的分析模

6、型和不考慮樁-土效應(yīng)的分析模型，對兩種模型前10階自振特性進(jìn)行研究，討論了樁-土效應(yīng)對結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的影響，分別應(yīng)用反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法進(jìn)行抗震分析,明確了動力分析中考慮樁-土效應(yīng)的必要性，為同類型橋梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考。
　　(4)建立了V撐結(jié)構(gòu)的ANSYS空間有限元模型，通過局部應(yīng)力的理論求解與振弦式傳感器實(shí)測數(shù)據(jù)的對比分析，得到不同階段V撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)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(jìn)行數(shù)值回歸，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

7、技術(shù)，對影響結(jié)構(gòu)破壞、失效的內(nèi)部、外界風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行預(yù)測，開展結(jié)構(gòu)失效的風(fēng)險(xiǎn)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(luò)(AHP-Gray theory-Monte Carlo-FEM-ANN)的風(fēng)險(xiǎn)分析綜合方法。解決了以往風(fēng)險(xiǎn)決策多依賴于決策者經(jīng)驗(yàn)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(fēng)險(xiǎn)因素，提出了蝶形拱式連續(xù)梁橋施工階段風(fēng)險(xiǎn)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