考虑初应力的钢管混凝土桁式拱桥极限承载力计算方法研究

论文摘要

钢管混凝土拱桥在施工过程中(钢管与混凝土形成组合结构受力前),钢管须先承受自重及混凝土湿重等施工荷载作用,因而钢管中将不可避免的产生初应力。初应力的存在,将导致钢管混凝土拱桥极限承载力的下降。随着大跨度钢管混凝土拱桥跨径的增大,初应力也逐渐增加,影响越来越显著。但目前对于考虑初应力的钢管混凝土桁式拱桥极限承载力计算方法的研究还不够深入,现有实肋结构的初应力影响折减系数计算方法能否直接应用于桁式结构也还有待于研究。为此,本文进行了考虑初应力的钢管混凝土桁式拱桥极限承载力研究,主要工作与结论包括以下几个方面：(1)进行了已建与在建的钢管混凝土拱桥的初应力度调查与分析,结果表明,桁式拱桥的初应力度最大,哑铃形拱桥的初应力度次之,单圆管拱桥的最小,并根据调查分析结果,给出了钢管混凝土拱桥初应力度的简便计算公式。(2)进行了以初应力度为主要参数的钢管混凝土格构柱的轴压试验与有限元计算方法研究。结果表明,初应力的存在,降低了钢管混凝土格构柱的极限承载力；同时,本文提出的有限元计算方法能较准确的计算有初应力的钢管混凝土格构柱的极限承载力。(3)进行了以初应力度、长细比、偏心率等参数的钢管混凝土格构柱有限元分析,结果表明初应力度与长细比、偏心率对极限承载力的下降存在着耦合作用。(4)进行了较复杂的钢管混凝土实肋构件初应力影响折减系数计算公式的简化,并通过现有的三种初应力影响折减系数计算方法的比较,表明了简化的初应力影响折减系数计算公式可用于计算钢管混凝土格构柱极限承载力。(5)应用MIDAS软件,建立了有初应力与无初应力的曹娥江袍江大桥有限元计算模型,分析表明初应力对拱肋钢管应力影响较大,对管内混凝土应力与成桥后屈曲稳定系数有一定的影响,但是对拱肋变形以及内力影响不大；此外,利用等效梁柱法对拱肋极限承载力的计算分析表明,初应力降低了曹娥江袍江大桥拱肋的极限承载力。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及目的
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 初应力度的定义
• 1.2.2 钢管混凝土构件初应力研究
• 1.2.3 钢管混凝土拱桥初应力研究
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 钢管混凝土桁式拱桥初应力度调查
• 2.1 钢管混凝土桁式拱桥初应力的取值探讨
• 2.1.1 丫髻沙大桥
• 2.1.2 深圳北站大桥
• 2.1.3 石潭溪大桥
• 2.2 钢管混凝土桁式拱桥初应力度调查与分析
• 2.2.1 初应力度调查
• 2.2.2 初应力度分析
• 2.3 不同截面形式的钢管混凝土拱桥初应力度比较
• 2.3.1 跨径
• 2.3.2 钢材类型
• 2.3.3 矢跨比
• 2.4 初应力度简便计算方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 有初应力的钢管混凝土格构柱有限元计算方法
• 3.1 有限元模型
• 3.1.1 分析方法
• 3.1.2 材料非线性
• 3.1.3 几何非线性
• 3.2 模型试验
• 3.2.1 试验构件设计
• 3.2.2 试验装置
• 3.2.3 试验结果分析
• 3.3 与试验结果的验证
• 3.3.1 荷载-应变曲线
• 3.3.2 荷载-位移曲线
• 3.3.3 极限承载力
• 3.4 参数分析
• 3.4.1 初应力度
• 3.4.2 长细比
• 3.4.3 偏心率
• 3.5 本章小结
• 第四章 有初应力的钢管混凝土格构柱极限承载力研究
• 4.1 钢管混凝土实肋构件的初应力影响折减系数
• 4.1.1 现有的计算公式
• 4.1.2 规程（DB/J-13-136）折减系数计算公式的简化研究
• 4.1.3 各公式之间的对比分析
• 4.2 极限承载力计算
• 4.2.1 计算方法
• 4.2.2 精度分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 考虑初应力的曹娥江袍江大桥极限承载力研究
• 5.1 曹娥江袍江大桥及计算模型
• 5.1.1 工程简介
• 5.1.2 设计荷载与荷载组合
• 5.1.3 有限元计算模型
• 5.2 成拱施工阶段初应力分析
• 5.2.1 计算结果
• 5.2.2 灌注顺序对初应力的影响
• 5.2.3 灌注方式对初应力的影响
• 5.3 成桥运营阶段初应力分析
• 5.3.1 应力
• 5.3.2 拱肋变形
• 5.3.3 弹性稳定性
• 5.3.4 内力
• 5.4 曹娥江袍江大桥拱肋承载力分析
• 5.4.1 拱肋参数
• 5.4.2 单肢弦杆极限承载力
• 5.4.3 拱肋整体极限承载力
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士期间参与的科研实践工作
• 在读期间发表的学术论文