考虑初应力的哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力研究

摘要

钢管混凝土拱桥在各国的大量应用,引起了工程界和学术界的广泛重视,其极限承载力的研究也得到了不断的深入和完善。然而,现有的钢管混凝土拱桥极限承载力的研究,一般仅考虑几何非线性或材料非线性问题,对钢管初应力带来的影响却考虑较少。本文为了研究钢管初应力对钢管混凝土拱肋极限承载力的影响,以实际工程中普遍使用的哑铃型钢管混凝土拱肋为研究对象,采用统一强度理论和等效梁柱法对其极限承载力进行理论计算,并利用有限元分析软件ANSYS进行数值分析。本文的主要研究内容和结论包括:
　　(1)基于统一强度理论,采用修正的等效梁柱法,考虑钢管初应力和长细比等因素的影响,推导了有、无钢管初应力的哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的统一解,建立了基于统一强度理论的初应力影响系数的计算公式,该公式包含了多种影响因素,可以反映多种因素的影响特性。结合算例分析,通过与试验结果及其他计算方法进行对比,分析了初应力对哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的影响及各种计算方法的精确度,探讨了统一强度理论和等效梁柱法对哑铃型钢管混凝土拱肋的适用性,验证了本文计算方法的正确性。
　　(2)利用有限元软件ANSYS,采用支持初应力场的三维二次有限应变梁单元建立了钢管混凝土拱肋的有限元模型,对有、无初应力的钢管混凝土拱肋在集中荷载作用下的受力全过程进行了双重非线性分析,研究了其极限承载能力、破坏形态及受力机理。
　　(3)根据理论分析与数值模拟的计算结果,分析了各参数对钢管混凝土拱肋极限承载力的影响特性。结果表明,哑铃型钢管混凝土拱肋的极限承载力随初应力的增大而近似线性降低,随长细比的增大而非线性降低。拱肋各截面的竖向变形及其达到极限状态时的破坏形态均与荷载形式及作用方式有关。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2钢管混凝土拱桥的应用和发展概况

1.3钢管混凝土拱桥承载力研究现状

1.4钢管混凝土拱桥初应力研究现状

1.5问题的提出及研究意义

1.6 本文主要研究内容和结论

第二章 考虑初应力的哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的理论分析

2.1引言

2.2等效梁柱法

2.3考虑初应力的哑铃型钢管混凝土等效偏压柱极限承载力的计算方法

2.4 基于统一强度理论的轴压短柱极限承载力的计算

2.5 初应力影响系数

2.6算例分析

2.7 本章小结

第三章 考虑初应力的哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的数值分析

3.1 引言

3.2 有限元模型的建立及求解

3.3不考虑初应力拱肋的计算结果分析

3.4考虑初应力拱肋的计算结果分析

3.5 本章小结

第四章 考虑初应力的哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的参数分析

4.1 引言

4.2 初应力和长细比

4.3 荷载形式及作用方式

4.4截面形式

4.5腹腔混凝土

4.6含钢率

4.7 矢跨比和拱轴系数

4.8 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

攻读学位期间主要的获奖情况

攻读学位期间参与的主要科研项目

致谢