内填外包钢管混凝土短柱构件承载力分析

摘要

大瑞铁路澜沧江特大桥主拱结构为内填外包钢管混凝土单箱单室箱梁,为配合项目建设和科研项目的需要,并为合理评判澜沧江特大桥主拱构件的承载力提供理论依据,选取该桥拱顶截面构造内填外包钢管混凝土直杆短柱构件,运用有限元非线性分析及截面极限平衡状态的数值积分两种方法,分析计算了该构件的极限承载力,并就钢管初应力、钢管与混凝土之间相对滑移等对其极限承载力的影响进行了探讨。本文的主要工作如下:
　　 1.采用混凝土及钢材的应力-应变非线性本构模型,选取已有文献中的典型钢管混凝土试验构件借助大型有限元程序建立其数值分析模型,将计算结果与已有文献中的试验成果对比,验证了数值模型的建模方式和各参数选取的合理性,为内填外包钢管混凝土数值模型的建立提供了建模依据。
　　 2.借助大型有限元程序建立了内填外包钢管混凝土短柱极限承载力的数值分析模型,依据外包混凝土、内填混凝土、钢管应力、应变等的时间历程分析,得出了该构件在承受背景工程拱顶实际内力工况下的极限承载力和构件安全系数。
　　 3.推导“截面极限平衡状态的数值积分法”公式,采用FORTRAN语言编制了相应计算程序,并计算了该构件截面的极限承载力,将计算结果与有限元分析结果进行了对比和验证,校验了计算结果的可靠性。
　　 4.考虑主拱劲性钢管骨架因施工过程产生的初应力,运用上述两种方法分别计算初应力对该构件极限承载力的影响。
　　 5.为分析钢管与混凝土之间的相对滑移对构件极限承载力的影响,另自拟构件,建立了钢管与内填、外包混凝土之间无滑移及有滑移数值分析模型,通过对比分析,得出了一些有益的结论。
　　 6.对本文背景工程的内填外包钢管混凝土构件承载力和安全性进行了评判,验证了设计的合理性。本文的方法和部分结论可供同类结构的设计参考。