大长细比钢管混凝土拱平面内徐变稳定性能分析

摘要

在中国，钢管混凝土拱桥第一次出现是在上世纪九十年代，一经引入就得到了迅猛的发展。到目前为止，中国已建成的钢管混凝土拱桥就达三百余座，跨度最大的已超过500m。由于钢管混凝土在轴压作用下优越的受力性能，钢管混凝土拱肋的长细比普遍较大，使得核心混凝土的时效作用对钢管混凝土拱的长期静力性能的影响越发显著，进而降低其面内稳定承载力。但现有规范未考虑该影响，而相关研究亦处于起步阶段。
　　本文对ABAQUS有限元软件进行UMAT二次开发，引入修正后的EC2模型、逐步积分法，考虑几何与材料非线性，并建立钢管混凝土抛物线无铰单圆拱模型，对钢管混凝土拱的平面内长期静力性能与徐变稳定问题进行研究。将有限元结果与已有的4组钢管混凝土抛物线无铰单圆拱平面内稳定试验的试验数据进行对比，验证了有限元模型的可靠性。
　　利用所建立的有限元模型对圆形截面抛物线形钢管混凝土无铰拱在沿跨度方向均布荷载作用下的平面内长期静力性能进行参数分析，考虑参数包括长细比、含钢率、跨矢比、混凝土强度等级、钢材强度等级。研究了核心混凝土时效作用对钢管混凝土拱长期位移、截面应力分布、混凝土及钢管在承担均布荷载作用时的贡献及沿拱肋跨度方向内力分布等的影响，同时确定了主要影响参数。分析发现，时效作用对钢管混凝土拱静力性能影响显著，在本文参数范围内，最多可使拱肋竖向最大位移增加124％。含钢率是影响钢管混凝土拱长期静力性能的主要参数。
　　在此基础上，研究了时效作用所引起的屈曲前变形对钢管混凝土拱平面内稳定承载力的影响，基于分析结果提出了钢管混凝土抛物线无铰单圆拱平面内徐变稳定承载力降低系数设计公式。分析发现，时效作用对钢管混凝土拱平面内稳定承载力影响较为显著，当荷载等级为极限承载力的0.5倍时，在本文参数范围内，时效作用最大可使拱肋稳定承载力降低12%。含钢率是影响钢管混凝土拱徐变稳定性能的主要参数。本文所提出的钢管混凝土拱平面内稳定承载力降低系数设计公式可较好的预测时效作用对圆形截面抛物线形钢管混凝土无铰拱平面内稳定承载力的影响，该公式计算值与有限元值的变异系数为7.8%。

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第1章 绪 论

1.1钢管混凝土拱桥的优点与发展应用

1.2钢管混凝土拱肋的长期静力响应

1.3钢管混凝土收缩徐变模型理论研究

1.4国内外研究现状

1.5课题研究意义

1.6研究内容

第2章 有限元模型的建立与验证

2.1引言

2.2有限元模型的建立

2.3有限元模型平面内稳定承载力验证

2.4本章小结

第3章 钢管混凝土拱长期静力响应研究分析

3.1引言

3.2时效作对钢管混凝土拱静力性能的影响

3.3参数分析

3.4本章小结

第4章 钢管混凝土拱肋平面内徐变稳定问题分析

4.1引言

4.2加载机制

4.3第二类徐变稳定问题参数分析

4.4钢管混凝土拱平面内徐变稳定承载力折减系数公式

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文及其它成果

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