钢管混凝土拱桥脱空预防控制技术研究

摘要

钢管混凝土拱桥在我国的应用越来越多,但拱肋中混凝土由于浇筑和收缩徐变导致的脱空问题在钢管混凝土拱桥中也越来越突出。多年的工程实践总结出了许多防脱空的方法,但缺乏将它们进行系统的总结与进一步深入的研究,以发挥其更大的作用;另外,除了在施工及养护中总结防治脱空的措施,在设计中也有必要对防脱空的方法进行探究。本文通过对现有防脱空的措施进行系统的归纳总结,得出各措施的优缺点及适用范围,以对各措施在实际运用时提供有益的参考。在拱肋的设计方法上,通过在钢管混凝土强度计算公式中考虑脱空折减系数,来考虑脱空对拱肋承载力的影响,以此探究出一种在设计中预防脱空影响的方法。
　　本文从设计、施工、养护三大方面对现有钢管混凝土脱空预防控制的措施进行了归纳、对比分析和总结,得出各措施的优缺点及适用范围。在此基础上提出建立脱空预防控制技术数据库及全过程预防控制的概念,从全局的高度来把握脱空的预防控制问题,使得各防脱空措施能有机地结合起来,发挥其更大的作用。
　　为了得到脱空后钢管混凝土拱桥的承载力折减系数,本文先建立了ANSYS有限元全桥模型,对拱肋中的混凝土,笔者考虑了混凝土的材料非线性和拱肋的几何非线性,对纵梁和横梁中的混凝土则不考虑非线性。
　　拱肋中的空洞则通过ANSYS提供的plane82建立截面辅助单元,空洞可以通过切割单元截面来实现。钢管单元和混凝土单元通过共节点来实现二者的相互作用。将计算出的结果与没有空洞的拱肋模型的结果进行对比,两者承载力的比值即为脱空后拱肋的折减系数。再将其考虑到钢管混凝土抗压强度计算式中,在此基础上验算通过的拱肋截面即使是在桥梁长期运营中产生脱空,也能安全地工作。
　　本文的研究对从设计上预防和控制钢管混凝土脱空问题展开了新的思路,其总结和归纳的诸多预防控制措施可以在防脱空方案比选时提供有益的参考,本文所提出的全过程脱空防治技术的概念也能在工程实践中从整体上对脱空的预防和控制有一个整体的把握,从而更有效地指导实践。

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第一章 绪论

1.1 钢管混凝土拱桥的历史及性能概况

1.2 脱空问题的研究现状

1.3 钢管混凝土拱极限承载力及结构设计理论的研究现状

1.4 尚待解决的问题

1.5 本文的主要研究内容

第二章 钢管混凝土拱肋脱空预防控制技术综述

2.1 桥梁设计上的预防措施

2.2 桥梁施工过程中的防脱空控制措施

2.3 桥梁养护中的防脱空措施

2.4 钢管混凝土脱空全过程预防控制技术简介

2.5 小结

第三章 钢管混凝土拱桥极限承载力分析理论及数值分析方法

3.1 极限承载力的概念

3.2 钢管混凝土拱桥极限承载力理论研究的发展历史

3.3 钢管混凝土拱桥极限承载力的分析理论概述

3.4 钢管混凝土拱桥极限承载力分析方法

3.5钢管混凝土材料的本构关系

3.6 结构几何非线性分析方法

3.7 小结

第四章 脱空拱肋极限承载力折减系数研究

4.1 钢管混凝土拱桥极限承载力数值分析过程简介

4.2 钢管混凝土拱桥非线性屈曲分析的ANSYS实现

4.3 钢管混凝土拱肋极限承载力的模型试验介绍

4.4 某钢管混凝土拱桥脱空极限承载力的ANSYS分析

4.5 滹沱河大桥拱肋脱空极限承载力折减系数

4.6 脱空极限承载力折减系数在桥梁设计时的考虑

4.7 考虑承载力折减系数后公式的工程计算示例

4.8 小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢