对桥梁设计冗余度的研究

作者:童志华 夏飞 刊名:公路交通科技:应用技术版 上传者:郝强

【摘要】在桥梁设计过程中,为了保证桥梁整体结构的稳固和安全,越来越注重有效的运用冗余度理念,分析桥梁的断裂和破坏模式与冗余度的内在联系,以确定桥梁抵抗一般结构损坏力的能力。本文主要通过分析美国钢桥和俄亥俄州I-275四跨连续钢板梁桥为例,首先对冗余度的定义以及其在桥梁结构体系中的内在意义,其次简要的介绍了冗余系数与桥梁各设计参数的关系,最后针对桥梁结构的冗余度设计提出了几点合理化建议。

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对 桥 梁 设 计 冗余 度 的研 究 童 志 华 ,夏 飞 (中交第二勘察设计研 究院有 限公 司 ,湖 北 武汉 ) 摘 要 :在 桥 梁 设计 过程 中 ,为 了保 证 桥 梁 整 体 结 构 的稳 固和 安 全 ,越 来越 注 重 有 效 的 运 用 冗 余 度 理 念 ,分 析 桥 梁 的 断裂和破 坏模 式与冗余度的 内在联 系,以确定桥 梁抵 抗一般 结构损坏力的能力。本文主要通过 分析 美国钢桥 和俄 亥俄 州 一四跨连续钢板 梁桥为例 ,首先对 冗余度的定 义以及其在桥 梁结构体 系中的 内在 意义,其 次简要 的介绍 了冗余 系数 与桥 梁各设 计参数 的关 系,最后针 对桥 梁结构的冗余 度设 计提 出了几点合理化建议。 关键词 :桥 梁设 计 ;冗余度 ;安全性 ;钢桥 ;疲 劳断裂 中 图分 类 号 : 文 献标 识 码 : 冗余度 以及其在桥梁设计 中的内在意义 冗 余 度 的定 义及 内涵 通过 媒体 报 刊 的报 道 ,分析美 国钢桥 和俄 亥俄 州 一四跨 连续 钢板 梁 桥 的破 坏过 程 ,不 难发 现 在 一 四跨 连续 钢板 梁 桥 中 ,即使 出现 了局 部 的桥 墩 破 坏桥体 仍然 还可 以保 持稳 定约 十分 钟 ,而美 国钢桥 则 是 突然 地 结构失 稳 而塌裂 ,产 生这 一现 象 的主 要原 因众说纷 纭 ,尽 管有学 者分 析指 出 了其产 生原 因的多 样性 ,但归根结底起关 键作用 的是结构 体系 的冗余 度 。而关于冗余度,通常我们在结构设计过程 中,往 往 会将 其 与与超静 定 次数混 用 ,这 主要是 在计 算 机技 术 还没普 及 到结 构设计 之前 ,为 了可 以求解 静 力平 衡 方 程 ,一 般会 保证 静定 结构 的 自由度 数 目与静 力平 衡 方程数 目相 同 ,而实 际 的工 程设 计 中 ,往 往会 存 在结 构 支座 约束 反力 的未 知个数 超过 平衡 方程 的个 数 的情 况 ,即结 构 的约束 多 于结构 的 自由度 ,即是我 们 常称 的超静 定结 构 。而一般 情况 下 ,在结 构设 计 中 ,我们 把超静定结构中多余的约束称作冗余度。正是 由于存 在这些多余约束 ,也就可以保证结构在部分约束或连 接 失效后 ,仍 然 可 以保 证在 一定 时 间 内保 持结 构 的整 体 稳 固性 。也就 是说 ,冗余 度是 作 为一种 强度 储 备或 者 承载 能力储 备 而存 在 的 ,使得 其可 以在 桥梁 结 构局 部发生破坏的情况下 ,整体结构还能够承受相应的荷 载 ,在一定时间内保持其整体性 。 桥梁 结构 体 系的冗余 度 桥 梁结 构 往 往 是 作 为 一 个 结 构 体 系 被 用 来 研 究 的 ,其 将不 同功 能 的 构 件 有 效 连 接 形 成 结 构 受 力 系 统 ,保证其拥有足够 的承载能力。而冗余度在桥梁结 构体系中也具有重要的意义。对于没有冗余度 的结构 体 系 ,往 往安 全 系数 较低 ,因为一 旦发 生构 件或 连 接 的破 坏 ,以美 国钢桥 为例 ,就 会使 得结 构整 体失 稳 而 破坏 。而对 于有 冗余 度 的 结 构来 说 ,以俄 亥 俄 州 一 四跨连 续钢 板梁 桥 为 例 ,一 般 的单 一 构件 的破坏 不会死 的结构整体失稳。在实际的桥梁工程设计 中, 为 了保 证 结构 的 稳定 性 一 般 都 会设 置 一 定 的

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