方形单肢及方形和矩形双肢钢管混凝土桥墩的稳定性研究

摘要

方形和矩形钢管混凝土构件具有制作简单、易于施工、节点形式简单等优点，已广泛应用于建筑工程的各个领域。由于方形和矩形双肢钢管混凝土柱具有较大的截面抗弯刚度，有利于充分发挥钢管混凝土受压强度大的优点，适于用作桥墩。为了使方形钢管混凝土柱和方形、矩形双肢钢管混凝土柱作为桥墩应用于桥梁工程中，本文在以往研究的基础上，完成了以下工作:
　　 1.采用数值积分法对方形钢管混凝土轴压和偏压中长柱进行编程计算，采用ABAQUS有限元软件对方形钢管混凝土轴压和偏压中长柱进行建模计算，将这两种方法计算得到的荷载-位移关系曲线与试验进行对比，结果表明ABAQUS和数值积分法的计算结果与试验结果吻合较好。
　　 2.构造出与实际工程相同高度的方形钢管混凝土桥墩，基于方钢管混凝土的核心混凝土的本构关系，取实际工程高桥墩设计方案中的荷载参数，采用ABAQUS有限元软件和数值积分法对方形钢管混凝土桥墩进行计算，得出桥墩的竖向荷载-墩项水平位移曲线，两种方法计算结果吻合较好。分析混凝土抗压强度fcu、钢材的屈服强度fy、截面含钢率α和水平力P这些因素对方形钢管混凝土桥墩极限承载力的影响。
　　 3.在课题组以前研究的基础上构造出方形和矩形双肢钢管混凝土桥墩，取实际工程中高桥墩设计方案中的荷载参数，采用ABAQUS有限元软件探究混凝土的抗压强度fcu、钢管的屈服强度fy、墩肢的截面含钢率α、墩肢轴心距S、水平力P以及连系梁的尺寸、截面形状、壁厚t、位置、数量和布置形式等因素对方形和矩形双肢钢管混凝土桥墩的极限承载力的影响。
　　 4.采用ABAQUS有限元软件对钢材和混凝土用量不变时，无连系梁及带连系梁的圆形、方形和矩形双肢钢管混凝土桥墩的极限承载力、变形和纵向应力进行了比较分析。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本课题的研究背景

1．2 方形和矩形钢管混凝土力学性能的国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 钢管混凝土桥墩的研究现状

1．4 本文的研究方法和研究内容

2 方形和矩形钢管混凝土的轴压、压弯构件稳定性研究

2．1 轴压和压弯构件的研究现状

2．2 本构模型

2．2．1 数值积分法采用的本构模型

2．2．2 有限元法采用的本构模型

2．3 计算方法

2．3．1 数值积分法

2．3．2 有限元法

2．4 算例

2．4．1 方形钢管混凝土

2．4．2 矩形钢管混凝土

2．5 小结

3 方形截面钢管混凝土桥墩的稳定性研究

3．1 钢管混凝土桥墩的应用现状

3．2 用ABAQUS和数值积分法计算方形钢管混凝土桥墩

3．2．1 方形钢管混凝土桥墩的有限元模型

3．2．2 数值积分法计算方形钢管混凝土桥墩

3．3 方形钢管混凝土桥墩极限承载力影响因素分析

3．3．1 混凝土抗压强度

3．3．2 钢材屈服强度

3．3．3 水平力

3．3．4 截面含钢率

3．4 小结

4 方形和矩形双肢钢管混凝土桥墩的稳定性研究

4．1 概述

4．2 钢管混凝土格构柱的应用和研究现状

4．2．1 钢管混凝土格构柱在我国的应用

4．2．2 钢管混凝土格构柱的研究现状

4．3 ABAQUS有限元计算模型

4．3．1 双肢钢管混凝土桥墩的本构模型

4．3．2 单元类型选取

4．3．3 网格划分

4．3．4 界面接触

4．3．5 加载顺序及边界条件

4．4 方形双肢钢管混凝土桥墩极限承载力的影响因素研究

4．4．1 核心混凝土的抗压强度

4．4．2 钢管的钢材屈服强度

4．4．3 钢管混凝土的截面含钢率

4．4．4 两墩肢的轴心距

4．4．5 水平力

4．4．6 连系梁的影响

4．5 矩形双肢钢管混凝土桥墩极限承载力的影响因素研究

4．5．1 核心混凝土的抗压强度

4．5．2 钢管钢材的屈服强度

4．5．3 钢管混凝土的截面含钢率

4．5．4 两墩肢的轴心距

4．5．5 水平力

4．5．6 墩肢截面的高宽比

4．5．7 墩肢的放置方向

4．5．8 连系梁的影响

4．6 采用等量钢材和混凝土的情况下，双肢圆形、双肢方形和双肢矩形钢管混凝土桥墩的极限承载力、变形及应力等比较

4．6．1 无连系梁的双肢钢管混凝土桥墩

4．6．2 有连系粱的双肢钢管混凝土桥墩

4．7 小结

5 结论和展望

5．1 主要结论

5．2 展望

致谢

参考文献