大跨度钢管混凝土拱桥抗震能力评估

摘要

过去的十几年里，我国大跨度钢管混凝土拱桥的发展迅猛，分布在国内包括地震区的许多地区。随着跨径的增大，钢管混凝土拱桥的抗震能力评估问题不容忽略。目前学者们的研究主要集中在钢管混凝土拱桥的地震反应性能方面，而对钢管混凝土拱桥抗震能力评估方面的研究很少。因此本文以有限元软件为工具，在一定的理论和方法研究的基础上，对广西区内的两座大跨度钢管混凝土拱桥(131.4米中承式的隆安花周大桥和346.0米下承式的南宁永和大桥)的抗震能力评估进行了研究。研究内容主要包括以下几个方面：
　　 1．基于ABAQUS软件分别分析了钢管混凝土截面在轴压、弯曲状态下的屈服过程。在此基础上，进一步分析了钢管混凝土截面在复杂受力状态下（压弯、拉弯）的屈服问题，进而绘制出了钢管混凝土截面的屈服曲线。
　　 2．基于数值模拟的结果，根据屈服过程定义了各个屈服阶段，并推导了各阶段钢管混凝土截面的承载力公式，然后结合钢管混凝土截面承载力的N-M曲线及各屈服阶段的分类得到拱肋的抗震能力评估曲线，从而对钢管混凝土拱肋进行抗震能力评估。最后以南宁永和大桥为例，对其拱肋进行了抗震能力评估。
　　 3．根据钢管混凝土拱桥的力学性能和结构特点，确定钢管混凝土拱桥各部件如钢管混凝土拱肋弦杆、拱肋腹杆、拱肋横向联系、吊杆、吊杆横梁等构件的破坏模式。
　　 4．在钢管混凝土拱桥各部件破坏模型的基础上，研究了地震破坏准则，根据各构件的特点分别建立了地震破坏评估模型，得出相应的破坏评估指标，最后综合成整桥的地震破坏指标。
　　 5．根据前人对地震破坏评估模型的研究，本文在拱肋弦杆的破坏模型中引入截面的最大轴力和弯矩组合系数来进行破坏指数的计算，这样可以较真实地考虑到截面的实际受力状况，使破坏评估模型更完善，更合理。
　　 6．以广西境内的南宁永和大桥(346.0米下承式钢管混凝土桁式拱桥)和隆安花周大桥(131.4米中承式的钢管混凝土提篮拱桥)为例，对其各部分构件的抗震能力和地震破坏指标进行分析，最终得出：在10度地震作用下，永和大桥的三种模型中地震破坏指数最大的为0.329，花周大桥的地震破坏指数为0.463，根据桥梁结构不同破坏程度的破坏指数范围可知两座钢管混凝土拱桥主要受力构件大部分进入塑性，在修复和加固后方可正常使用。