钢筋混凝土拱面内稳定极限承载力分析

摘要

钢筋混凝土拱桥是现行主要桥型之一，稳定问题作为钢筋混凝土拱桥理论研究的核心内容，各国的桥梁结构设计规范中都给出了相应的计算方法，在我国现行的桥梁设计规范中，对拱面内稳定计算是建立在弹性屈曲理论之上，将拱按照拱轴计算长度系数换算为等效长度的轴心受压杆，按照第一类失稳来设计计算，没有考虑轴力与拱轴挠度的相互影响，也没有考虑因几何非线性或双重非线性影响后拱有可能发生第二类失稳。
　　针对现有钢筋混凝土拱面内稳定设计计算中存在的问题，本文采用ANSYS软件并结合相关文献试验数据对钢筋混凝土拱面内稳定极限承载力展开研究，论文主要研究内容包括:
　　(1)根据拱轴线优化理论，计算出各种结构尺寸拱在自重作用下的合理拱轴系数，并通过单元类型、荷载、结构几何尺寸及材料本构关系的选取，建立用于稳定分析的钢筋混凝土拱数值分析模型。对所建模型进行算例分析，以验证所建模型用于弹性屈曲分析、几何非线性分析以及双重非线性分析的可靠性。
　　(2)分别研究考虑变形和考虑双重非线性对钢筋混凝土拱面内稳定极限承载力的影响因素，并对影响因素进行回归分析，得到非线性对钢筋混凝土拱面内失稳荷载的影响效应回归方程。
　　(3)研究拱初始受力对钢筋混凝土拱面内失稳的影响，并分析其影响因素，建立影响效应回归方程，最后对回归方程进行验证;提出采用单位长细比自重轴向力来研究钢筋混凝土拱面内失稳轴向力，并建立了单位长细比自重轴向力与失稳轴向力回归方程，同时对回归方程进行验证。
　　(4)研究拱轴计算长度系数对钢筋混凝土拱面内失稳的影响效应，建立拱轴计算长度系数与矢跨比、跨径之间的回归方程，并对回归方程进行验证。
　　研究表明:在进行钢筋混凝土拱失稳分析时，非线性的影响不仅仅和跨径有关，同时受到长细比、惯性矩、矢跨比的影响，而且在相同条件下，材料非线性的影响大于几何非线性的影响。随着跨径的增加，自重产生的轴力导致失稳的比重越来越大，但是随着跨径逐渐增加，仅仅减少自重产生的拱轴力对提高失稳时所承受的轴力影响不大。在三种荷载工况作用下，随着单位长细比受到自重轴力的增加，双重非线性分析失稳轴向力成比例增加，为考虑双重非线性失稳轴向力的判断提供了参考。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 弹性屈曲理论及其求解方法

1．2．2 挠度理论及其求解方法

1．2．3 双重非线性理论及其求解方法

1．2．4 实验研究

1．2．5 中国公路桥梁设计规范

1．2．6 国外规范

1．3 论文研究内容

1．4 技术路线

1．5 论文组织结构

第二章 钢筋混凝土拱面内失稳理论

2．1 拱形结构平面内失稳类型及失稳机理

2．2 钢筋混凝土拱稳定分析理论及方法

2．2．1 弹性屈曲

2．2．2 几何非线性理论

2．2．3 双重非线性理论

2．3 非线性方程组的求解

2．3．1 牛顿法

2．3．2 孤长法

2．4 收敛准则

2．5 本章小结

第三章 钢筋混凝土拱面内失稳分析有限元模型

3．1 单元选择

3．2 荷载选择

3．3 结构几何尺寸选择

3．4 合理拱轴系数

3．5 材料模型

3．5．1 混凝土本构模型

3．5．2 钢筋本构模型

3．6 算例分析

3．7 本章小结

第四章 钢筋混凝土拱面内失稳影响效应分析

4．1 非线性影响效应

4．1．1 几何非线性影响效应

4．1．2 双重非线性影响效应

4．2 初始受力影响效应

4．3 争位长细比自重轴力影响效应

4．4 计算长度系数影响效应

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献