钢管混凝土拱肋脱空受力性能分析

摘要

钢管混凝土材料由于其强度高，塑性、韧性好，施工方便，耐火性能强，以及经济等优点，被广泛地应用于拱式体系桥梁结构中。然而，由于核心混凝土泵送不到位、外界温度的变化以及结构自身的收缩徐变等因素，钢管混凝土拱肋不可避免地出现脱空现象，使得脱空成为钢管混凝土拱桥的典型病害之一。因此，分析拱肋脱空后钢管混凝土拱桥受力性能的变化，掌握其变化规律，可为该类桥梁的设计和施工提供理论指导。
　　论文基于钢管与核心混凝土完全脱粘的假定，运用结构力学方面的知识，通过理论推导的方法定性地探讨了脱空对单圆管拱肋和哑铃型拱肋抗弯刚度及内力的影响，并借助有限元软件对相关算例进行验证分析。在考虑拱肋材料非线性和几何非线性的基础上，分别建立了单圆管拱肋和哑铃型拱肋的有限元模型，研究了拱肋脱空后，不同的脱空率、含钢率、矢跨比、荷载作用形式等参数对单圆管拱肋和哑铃型拱肋的极限承载力影响。并以跨径125m的钢管混凝土拱桥为工程背景，建立了全桥的ANSYS有限元模型，分析拱肋不同的脱空率、含钢率、荷载作用形式对其自身刚度及全桥承载力的影响。结果表明:对于单圆管拱肋而言，完全脱粘不会引起结构抗弯刚度的降低;而对于哑铃型拱肋，完全脱粘会引起结构抗弯刚度的降低，当核心混凝土沿径向发生部分脱空后，哑铃型钢管混凝土拱桥的刚度和极限承载力均会发生不同程度的降低，且降低的程度与脱空率、矢跨比、含钢率、荷载作用方式等参数有关。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 钢管混凝土拱桥概述

1．1．1 钢管混凝土拱桥发展历史

1．1．2 钢管混凝土拱桥的基本类型

1．2 钢管混凝土脱空问题研究现状

1．2．1 钢管混凝土脱空的基本概念及分类

1．2．2 钢管混凝土脱空产生的原因

1．2．3 脱空后钢管混凝±结构力学性能的研究

1．3 本文主要研究内容及意义

第二章 脱空后拱肋内力及刚度的理论分析

2．1 钢管混凝土拱肋完全脱粘的计算假定

2．2 钢管与核心混凝土之间径向荷载的理论推导

2．3 完全脱粘对钢管与混凝土内力的影响分析

2．3．1 截面总内力

2．3．2 内力分布规律

2．3．3 内力分配规律

2．4 完全脱粘对钢管混凝土拱肋刚度的影响分析

2．4．1 等截面单圆拱肋

2．4．2 哑铃型拱肋

2．5 验证分析

2．5．1 脱空前后等截面单圆拱肋内力的对比

2．5．2 脱空前后等截面单圆拱肋刚度的对比

2．5．3 脱空前后哑铃型拱肋内力的对比

2．5．4 脱空前后哑铃型拱肋刚度的对比

2．6 本章小结

第三章 钢管混凝土拱肋脱空后的极限承载力分析

3．1 材料本构关系模型

3．1．1 钢材本构关系

3．1．2 核心混凝土本构关系

3．2 考虑脱空的钢管混凝土拱肋受力全过程分析方法

3．2．1 钢管混凝土拱肋的模拟方法

3．2．2 拱肋单元的选取

3．2．3 非线性方程组的求解

3．2．4 计算验证

3．3 单圆管拱肋脱空后的极限承载力参数分析

3．3．1 脱空率的影响分析

3．3．2 含钢率的影响分析

3．3．3 矢跨比的影响分析

3．3．4 荷载作用形式的影响分析

3．4 哑铃型拱肋脱空后的极限承载力参数分析

3．4．1 脱空率的影响分析

3．4．2 含钢率的影响分析

3．4．3 矢跨比的影响分析

3．4．4 荷载作用形式的影响分析

3．5 本章小结

第四章 工程实例

4．1 工程概况

4．2 全桥有限元模型的建立

4．2．1 单元选取

4．2．2 材料特性

4．2．3 拱肋脱空的模拟

4．3 脱空后拱肋刚度的参数敏感性分析

4．3．1 脱空率的影响

4．3．2 含钢率的影响

4．3．3 荷载作用形式的影响

4．4 脱空后全桥极限承载力的参数敏感性分析

4．4．1 脱空率的影响

4．4．2 含钢率的影响

4．4．2 矢跨比的影响

4．5 本章小结

第五章 结论和展望

5．1 结论

5．2 有待进一步研究的问题

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果