考虑初应力和初始缺陷的钢管混凝土拱桥极限承载力研究.pdf

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1、硕士学位论文考虑初应力和初始缺陷的钢管混凝土拱桥极限承载力研究STUDYONULTIMATEBEARINGCAPACITYOFCFSTARCHBRIDGECONSIDERINGINITIALSTRESSANDINITIALDEFECT张兵伟哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：U446.3学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文考虑初应力和初始缺陷的钢管混凝土拱桥极限承载力研究硕士研究生：张兵伟导师：孙航副教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：交通科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cla

2、ssifiedIndex:U446.3SchoolCode:10213U.D.C:624SecurityClassification:PublicDissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringSTUDYONULTIMATEBEARINGCAPACITYOFCFSTARCHBRIDGECONSIDERINGINITIALSTRESSANDINITIALDEFECTCandidate：ZhangBingweiSupervisor：A.Prof.SunHangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEn

3、gineeringSpeciality：BuildingAndCivilEngineeringSchoolofTransportationScienceAndAffiliation：EngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要钢管砼拱桥作为一种组合结构，充分两种材料的优良性能，两种材料长短互补，相辅相成，是近年来发展较快的结构体系之一。材料的轻型化，结构体系施工的成熟化，使得桥梁工程师们追求更大跨

4、径的桥梁结构。跨径越大，桥跨的整体刚度越低，桥梁的极限承载能力需要进一步的研究。对于钢管砼拱桥这种桥梁结构，空钢管的吊装以及混凝土的灌注会使得钢管在跟混凝土组成组合结构之前就受到荷载作用，也即是会产生初应力；同时，由于钢管制作以及吊装过程中出现位置偏差，会使得钢管砼拱桥在成桥之前存在初始几何缺陷。初应力和初始缺陷会的存在会对钢管砼拱桥的极限承载能力产生一定的影响，本文结合一座四肢格构型的钢管砼拱桥进行了两种因素对拱桥的极限承载力分析研究，主要完成了以下工作：首先，对钢管砼拱桥的极限承载能力进行了探讨分析：求解大跨度结构的极限承载能力问题通常归结为求解结构第二类稳定问

5、题，求解第二类稳定问题，需同时考虑结构的双重非线性；对钢材和混凝土的本构关系进行了恰当的选择；对考虑初应力的钢管砼拱桥极限承载力的理论计算进行了分析；对考虑初始缺陷的钢管砼拱桥极限承载能力进行了分析。其次，采用有限元数值模拟，建立了四肢格构型钢管砼拱桥模型，分析了不同初应力度下的极限承载力系数，要使得结构极限承载力下降小于10%，初应力度不能大于0.4；长细比越大，对具有初应力的钢管砼拱桥极限稳定承载力的影响也就越大；根据求得不同含钢率下的极限承载力系数可知，含钢率越大，极限承载力系数越高，8%-12%含钢率下的极限承载力系数相比较7%含钢率下的极限承载力系数的增长

6、率在0-17%之间，其中含钢率越大，增长率越高；从四种钢材型号下的极限承载力系数对比发现，相比Q235，其他三种钢材型号下的极限承载力系数增长率在10%-25%，钢材强度越高，极限稳定承载能力系数越大；从C60和C55两种混凝土等级相比C50下的增长率最大为10.2%看出，混凝土等级对钢管砼拱桥极限承载力的影响比较小。大跨度桥梁结构在设计时，必须考虑双重非线性。最后，分析了考虑初始几何缺陷的钢管砼拱桥极限承载力：对拱结构面内和面外分别施加不同布置方式和不同大小的初始几何缺陷，来研究初始缺陷对其极限承载力的影响，计算结果为面内的初始缺陷要比面外的初始缺陷对结构的极限承

7、载力影响大；同时考虑初应力和初始缺陷时，要使得结构极-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文限承载力下降小于10%，需要将初应力度控制在0.3以内，初始几何缺陷控制在L/5000以内最为合适。关键词：初应力；初始缺陷；极限承载力；钢管混凝土拱桥-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAsacombinationstructure,theconcrete-filledsteeltubulararchbridgehasfullyplayedthegoodperformanceofthesteelandconcrete,andthetwomaterialsa