大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工階段抗風(fēng)分析

大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工階段抗風(fēng)分析

一、大橋抗風(fēng)設(shè)計(jì)的基本理論1自然風(fēng)風(fēng)速的平均變化和周期從橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，風(fēng)的基本特征主要是指風(fēng)的近似特征。自然風(fēng)受到地形、地貌的影響，是一個(gè)在時(shí)間上隨機(jī)變化、在空間上不均勻分布的量。從實(shí)測(cè)記錄的風(fēng)速時(shí)程來(lái)看，自然風(fēng)風(fēng)速是由周期在10分鐘以上的長(zhǎng)周期分量和周期只有幾秒的短周期分量組成。實(shí)際運(yùn)用中常將自然風(fēng)速分解為平均風(fēng)速和脈動(dòng)風(fēng)速。要進(jìn)行大跨度橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，必須提供關(guān)于風(fēng)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和經(jīng)過(guò)實(shí)踐考驗(yàn)的風(fēng)荷載的分析方法。2結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理風(fēng)與結(jié)構(gòu)的相互作用是一個(gè)十分復(fù)雜的現(xiàn)象，它受風(fēng)的自然特性、結(jié)構(gòu)的外型、結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能以及風(fēng)與結(jié)構(gòu)的相互作用等多方面因素制約。風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用可分為靜力作用和風(fēng)引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)兩方面。靜力作用指風(fēng)速中由平均風(fēng)速部分施加在結(jié)構(gòu)上的靜壓產(chǎn)生的效應(yīng)；風(fēng)的動(dòng)力作用指結(jié)構(gòu)在風(fēng)作用下的空氣彈性動(dòng)力響應(yīng)。3風(fēng)壓q的影響受到風(fēng)力作用的結(jié)構(gòu)表面，所受到的靜力可分為以下三個(gè)分量：阻力D、升力L、力矩M。這些力取決于以下因素影響：（1）風(fēng)壓q；(1）截面形狀（空氣力分量的靜力系數(shù)C陣風(fēng)風(fēng)速為時(shí)距1～3秒的風(fēng)速，采用基于陣風(fēng)風(fēng)速的陣風(fēng)荷載作為設(shè)計(jì)荷載時(shí)有：式中：U對(duì)于懸臂施工階段，U(其中η為與重現(xiàn)期有關(guān)的系數(shù))(2)其中，v二、抗風(fēng)分析與高架道路穿越橋梁的實(shí)例1．風(fēng)荷載作用橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)的目的首先在于保證結(jié)構(gòu)在施工階段和建成后的運(yùn)營(yíng)階段能夠安全的承受可能發(fā)生的最大風(fēng)荷載的靜力作用和由于風(fēng)振引起的動(dòng)力作用。在大跨度橋梁的抗風(fēng)分析中，一般認(rèn)為剛性較大的橋梁，可以采用基于陣風(fēng)風(fēng)速的陣風(fēng)荷載作為設(shè)計(jì)荷載，而不涉及結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性；按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速由下式計(jì)算單位長(zhǎng)度上的陣風(fēng)荷載：式中：PC2施工階段模擬本文采用大型有限元軟件ANSYS進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)全橋施工階段進(jìn)行模擬，可以得到各個(gè)施工階段橋梁的位移、內(nèi)力和應(yīng)力。對(duì)各個(gè)施工階段的橋梁有限元模型，通過(guò)加載陣風(fēng)荷載，利用有限元求解可得到陣風(fēng)作用下的橋梁位移、內(nèi)力和應(yīng)力。3．2抗風(fēng)分析在懸臂施工過(guò)程中，左右兩幅共形成四個(gè)T構(gòu)，下面給出某T構(gòu)的位移和應(yīng)力計(jì)算分析結(jié)果。(1)T構(gòu)各工況側(cè)向位移僅由風(fēng)荷載引起的橋梁結(jié)構(gòu)側(cè)向位移如表1所示，由組合荷載（自重+預(yù)應(yīng)力+掛籃+風(fēng)荷載）引起的橋梁結(jié)構(gòu)側(cè)向位移如表2所示。由表1和表2的結(jié)果可以看出，無(wú)風(fēng)荷載作用時(shí)，受平曲線和縱坡影響，橋墩和箱梁也會(huì)出現(xiàn)一定側(cè)向位移，橋墩最大側(cè)向位移為-0.31cm，箱梁最大側(cè)向位移為1.31cm，側(cè)向位移都比較小，不影響正常施工。當(dāng)有風(fēng)荷載作用時(shí)，橋墩和箱梁側(cè)向位移明顯增加，隨著T構(gòu)懸臂在施工過(guò)程中不斷增長(zhǎng)，側(cè)向位移也不斷增加。橋墩在T構(gòu)達(dá)到最大懸臂時(shí)出現(xiàn)最大側(cè)向位移，只有風(fēng)荷載作用時(shí)，橋墩最大側(cè)向位移為-3.19cm，組合荷載作用下，橋墩最大側(cè)向位移為-3.5cm；箱梁在全橋合攏（未加載二期恒載）時(shí)出現(xiàn)最大側(cè)向位移，只用風(fēng)荷載作用時(shí)，最大側(cè)向位移為-6.05cm，組合荷載作用下，最大側(cè)向位移為-5.63cm。從側(cè)向位移的分析來(lái)看，T構(gòu)最大懸臂狀態(tài)和全橋合攏狀態(tài)為最不利抗風(fēng)狀態(tài)，出現(xiàn)較大側(cè)向位移，施工過(guò)程中可考慮采取適當(dāng)抗風(fēng)措施。(2)T構(gòu)各工況下的應(yīng)力采用懸臂施工的大跨連續(xù)梁橋和雙薄壁柔性墩連續(xù)剛構(gòu)橋，應(yīng)驗(yàn)算該狀態(tài)下墩底和懸臂根部的風(fēng)載內(nèi)力或應(yīng)力。T構(gòu)墩底和懸臂根部的應(yīng)力如表3及圖表4所示。表4-7為僅由風(fēng)荷載引起的橋墩底部和懸臂根部最大拉應(yīng)力，圖表4-8為僅由風(fēng)荷載引起和由荷載組合（自重+預(yù)應(yīng)力+掛籃+風(fēng)荷載）引起的橋墩底部截面和懸臂根部截面左上、左下、右下、右上4點(diǎn)（如圖4-3中所示4點(diǎn)）應(yīng)力，本文中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，只作用風(fēng)荷載時(shí)，隨著施工進(jìn)程，T構(gòu)懸臂不斷增長(zhǎng)，橋墩底部和懸臂根部拉應(yīng)力也不斷增加，在最大懸臂階段，橋墩底部出現(xiàn)最大拉應(yīng)力4.46Mp，懸臂根部也出現(xiàn)最大拉應(yīng)力1.22Mp。組合荷載作用下，隨著T構(gòu)懸臂的增長(zhǎng)，橋墩底部和懸臂根部截面左上、左下、右下、右上4點(diǎn)的應(yīng)力也不斷增大，在T構(gòu)最大懸臂階段，橋墩底部出現(xiàn)最大拉應(yīng)力0.99Mp，壓應(yīng)力為-8.6Mp；懸臂根部在施工階段未出現(xiàn)拉應(yīng)力，但在最大懸臂狀態(tài)出現(xiàn)最大壓應(yīng)力-11.4Mp。從應(yīng)力分析情況來(lái)看，在組合荷載作用下，施工階段混凝土結(jié)構(gòu)最大壓應(yīng)力為-11.4Mp，最大拉應(yīng)力為0.9Mp，滿足混凝土強(qiáng)度要求，施工安全。三、施工階段抗風(fēng)分析本文采用陣風(fēng)荷載法對(duì)特大橋施工階段的典型工況進(jìn)行了抗風(fēng)分析，結(jié)果表明采用陣風(fēng)荷載進(jìn)行的抗風(fēng)仿真分析表明，對(duì)于剛性較大的連續(xù)剛構(gòu)橋，進(jìn)行施工階段抗風(fēng)分析切實(shí)可行，結(jié)果合理。陣風(fēng)系數(shù)的確定按Davenport方法,可以寫(xiě)成:A結(jié)合內(nèi)蒙古黑溝