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桥台桥梁的有限元分析

发布于:2016-10-02 20:00
有限元分析

      整体桥台桥梁(AIB)的概念最早可以追溯到930年,当时是为了解决按传统方法设计的桥梁存在的后期维护问题而提出来的。对于常规的中小跨径简支或连续梁桥,支座和伸缩缝在桥梁总造价中所占的比重较大,不仅一次性投资费用较大,而且后期运营时的维护和更换麻烦,费用高昂。伸缩缝的存在也导致行车的不平顺。针对这种情况,提出了取消桥台处支座及伸缩缝、将上部结构和桥台连接成整体的观点,希望彻底断绝引起上述问题的源头,由此产生了AIB。因为取消了支座及伸缩缝,LAB具有建造和后期维护成本小的优点。另外AIB还具有抗震性能高、桩基础数量少、施工简易快速、桥面连续等优点,因此LAB从开始出现以来,得到了广泛的应用和发展。特别是在美国、英国及加拿大等国家,LAB的利用已越来越普遍,对桥台桥梁进行详细的有限元分析
      从结构形式上看,整体桥台桥梁主要可以分成全整体桥台桥、半整体桥和带滑动支座的整体桥三种类型。
      全整体桥台桥典型的情况是桥梁上部结构主梁与柔性桥台的台帽完全刚性连接,连接处可以传递弯矩和剪力,桩采用单排桩。这种型式的整一体桥由于上部结构的温度变形要全部由桥台和桩基础的纵向变形来承担,桥梁长度较长时,将导致桥台和桩的应力过大,因而不适用于长跨整体桥。半整体桥上部结构在桥台处也是连续的。与全整体桥的区别是桥台不是整体的,一般是将台帽分成上、下两部分,上、下两部分在构造上采用铰结连接。允许台帽上面部分与桥梁上部结构一起发生转动变形,而台帽下面部分及下部结构则不受上部结构变形的影响。这种连接方式可以传递剪力但不能传递弯矩。优点是上部结构弯矩不需下部结构承受,因而可以减小下部结构受力,适用于较长跨径整体桥。
      带滑动支座的整体桥是台帽背墙部分与上部结构连成整体并随上部结构一同变形。桥台台帽盖梁部分则与背墙部分分开,并设置支座支承上部结构。这种类型适用于上部结构竖向荷载较大或上部结构纵向温度变形较大的情况。
      从概念上来讲,AIB由于取消了桥头伸缩缝和支座,从而节省了一次性投资和长期维护费用,但是实际上,这种桥型并未根本解决后期维护问题。因为,无论是否设置桥头伸缩缝,都不可能改变结构由于温度变化而产生变形这种特性。AIB与常规桥梁的区别仅在于如何处理这种变形。
      对LAB,上部结构发生纵向伸长时,桥台相应发生向外的平动和绕桥台底部的转动。上部结构收缩时,桥台发生向内的平动和转动。在平动转动变形中,转动变形是主要的。在桥台向内转动时,台后土产生被动土压力,形成楔形体,同时伴有台后土的塌限。土的这种变形是非弹性的,在桥台向外转动的过程中不能完全恢复。因此不管台后土质及施工质量如何,经过一年温降、温升引起的桥台向内、向外的变形循环,台后土最终发生的净位移是向内和向下的。


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