含钢率对大跨度钢管混凝土拱桥受力性能影响研究

摘要

近年，钢管混凝土拱桥在我国得到大力发展，其计算理论也在不断的完善。目前，关于钢管混凝土拱桥已有国家规范、行业规范和地方标准颁布，里程碑事件是2015年12月，交通运输部颁布了钢管混凝土拱桥设计规范，即《公路钢管混凝土拱桥设计规范》JTG/T D65-06-2015，使钢管混凝土拱桥设计有章可循。本文研究侧重点就是钢管混凝土拱桥截面参数设计中的含钢率问题。含钢率是大跨度钢管混凝土拱桥的重要设计参数，不仅影响到空钢管架设的难易程度，全桥的材料用量和工程造价，也同时影响到正常使用和承载能力极限状态下主拱的受力性能。
　　为研究含钢率对大跨度钢管混凝土拱桥拱肋受力性能的影响规律，为设计者合理选择含钢率提供参考依据，依据《公路钢管混凝土拱桥设计规范》建立了以总溪河大桥为工程背景的Midas空间有限元分析模型，对比研究了不同含钢率下拱肋钢管与管内混凝土的受力性能的变化规律。主要研究内容如下:
　　(1)对沿拱肋方向含钢率变化对受力性能的影响进行了分析。针对设计上拱肋钢管壁厚采用的等壁厚和变壁厚这两种截面形式结合总溪河大桥建立空间有限元模型，在这两种截面形式用钢量基本相同的条件下，对比分析这两种截面形式对拱肋在受力性能方面的影响规律，为设计提供参考。
　　(2)对含钢率影响受力性能机理进行了研究。为研究含钢率对大跨度钢管混凝土拱桥拱肋钢管和管内混凝土应力的影响规律，模拟了钢管混凝土拱桥施工过程，采用三阶段应力叠加法，分析了含钢率影响拱肋应力的机理，同时进行了相应阶段公式推导。
　　(3)对钢管壁厚整体变化对受力性能的影响进行了分析。以总溪河大桥为工程依托，分析了钢管壁厚整体变化对大跨度钢管混凝土拱桥拱肋钢管和管内混凝土受力的影响规律，探讨管内混凝土作为组合结构一部分充分发挥其材料强度的可行性，并对三阶段应力叠加法的公式推导采用有限元方法进行了验证。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 钢管混凝土拱桥的发展概述

1．1．1 钢管混凝土拱桥的优点

1．1．2 钢管混凝土拱桥国内外发展概况

1．2 钢管混凝土拱桥含钢率研究

1．2．1 含钢率对钢管混凝土约束效应的影响

1．2．2 含钢率对钢管混凝土构件承载力的影响

1．2．3 钢管混凝土桁式拱桥的常见含钢率

1．3 本文主要研究内容

第二章 钢管混凝土拱桥设计计算理论

2．1 钢管混凝土拱肋截面刚度计算

2．1．1 双单元模型

2．1．2 等效单元模型

2．2．1 不考虑弹性压缩的恒载内力

2．2．2 考虑弹性压缩的恒载内力

2．2．3 恒载作用下主拱圈各截面总内力

2．3 钢管混凝土拱温度效应计算

2．3．1 均匀温度产生的附加内力计算

2．3．2 主拱截面温差效应计算

2．4 钢管混凝土收缩徐变效应计算

2．4．1 钢管混凝土收缩徐变效应特性

2．4．2 收缩效应计算

2．4．3 徐变效应计算

2．5 基于有限元方法的几何非线性计算

2．6 容许应力计算方法验算

2．7 规范对于设计含钢率的取值规定

2．8 本章小结

第三章 沿拱肋方向钢管等壁厚对受力性能的影响

3．1 有限元分析计算理论

3．2 工程背景

3．2．1 工程概况

3．2．2 技术标准及主要材料

3．3 有限元计算模型

3．4 拱肋截面刚度对比分析

3．5 主拱承载能力极限状态设计计算对比研究

3．5．1 对拱肋钢管内力的影响研究

3．5．2 对拱肋管内混凝土内力的影响研究

3．5．3 拱肋抗力对比分析

3．6 主拱正常使用极限状态设计计算对比研究

3．6．1 对拱肋钢管应力的影响研究

3．6．2 对拱肋管内混凝土应力的影响研究

3．6．3 对拱肋挠度的影响研究

3．6．4 汽车荷载位移效应比较分析

3．7 本章小结

第四章 钢管壁厚整体变化对受力性能的影响

4．1 含钢率影响受力性能研究

4．2 有限元计算模型

4．3 拱肋截面刚度对比分析

4．4 主拱承载能力极限状态设计计算对比研究

4．4．1 对拱肋弦杆钢管内力的影响研究

4．4．2 对拱肋管内混凝土内力的影响研究

4．4．3 拱肋抗力对比分析

4．5 主拱正常使用极限状态设计计算对比研究

4．5．1 对拱肋钢管应力的影响研究

4．5．2 对拱肋管内混凝土应力的影响研究

4．5．3 对拱肋挠度的影响研究

4．5．4 汽车荷载位移效应比较分析

4．6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录