对钢管混凝土拱桥受力研究及性能探析

《对钢管混凝土拱桥受力研究及性能探析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、对钢管混凝土拱桥受力研究及性能探析摘要:钢管混凝土拱桥设计是常见而又复杂的实际问题，针对钢管混凝土受力性能及抗震横向对提高拱肋的横向稳固性起到了极大的作用,一同避开了拱顶段管内混凝土不密实的问题.本文笔者以下进行了分析。关键词:钢管混凝土;拱桥设计；抗震；分析中图分类号：TU973+.31文献标识码：A文章编号：1有限元模型简介某大桥的受力分析采用大型通用程序AN-SYS进行计算.建模时,拱肋、桥面纵梁、横梁采用空间梁单元,其中钢管混凝土拱肋段采用双单元法建模,即在模型离散时,在同一段有限元模型中将钢管和混凝土分别作为两根杆件输人,但同

2、时保证二者的节点坐标完全相同,在相同的节点间建立两个单元,一个单元赋予钢管的材料属性,另一个单元则赋予混凝土的材料属性,这样两种材料的应力—应变关系可以得以输人[4];系杆与吊杆采用拉杆单元,桥面系采用梁格法模拟.桩基的计算模型是用弹簧支承来模拟地基的水平抗力,用m法进行计算.全桥共374个节点,42个梁单元,有限元模型见图1图1某大桥有限元模型2横向一类稳定计算5某桥成桥后进行了静动载测试本文在进行横向稳定计算时,以静载测试的四个工况为模型的荷载,计算某大桥在各个工况下的一类稳定系数(特征值)静载试验共进行了4个工况:工况一为按口4点

3、弯矩最大;工况二为拱脚负弯矩最大江况三为拱顶正弯矩最大;工况四为拱脚推力最大布载。分析时以管内混凝土填充长度系数α为参数(参数a含义见图3).0

4、三);此后随a增加稳定系数反而下降,在α=0.417时达到最低点后又开始上升,到a=0.5(钢管混凝土拱)时稳定系数达到第二个峰值.因此,从弹性一类稳定系数来看,坡充系数太小(小于1/12)时管内混凝土对稳定系数提高的作用较小,α在0.25附近时,效率最高;超过0.25时反而降低了拱的稳定性能,5这可能是此时刚度增加的有利作用小于拱肋自重产生的不利影响.当然,钢管混凝土拱的稳定系数最大,但从复合拱的角度而言,钢管与钢管混凝土在拱肋L/4处相接,结构一类弹性稳定性最好。3横向地震响应分析3.1计算方法反应谱法是目前桥梁结构抗展设计中广泛使

5、用的方法.计算中考虑前100阶频率的影响,振型组合方法采用SRS法(平方和开平方法),按计算结构重要性修正系数取17,综合影响系数取035,水平地震系数取0.1,竖向地展系数取水平地震系数的一半为0.05,阻尼比取0.05.动力放大系数β值根据结构计算方向的自振周期或基本周期和场地土类别确定.地展作用由横桥向输人.3.2横向地展响应计算结果某大桥在承受横桥向地震荷载作用时,随着管内混凝土填充长度的变化,其拱肋内力分布规律如图所示.其中,拱肋所受的轴力较均匀;而对拱肋弯矩而言,其面外弯矩占主导地位,面内弯矩则较次要;其中面外弯矩拱脚处最大

6、,在横撑处有突变,而面内弯矩则在拱顶处最大.图4～6分别为横向地展作用下拱顶、L/4、拱脚截面内力随拱肋填充长度的变化趋势图。图4横桥向地震作用时拱脚截面内力变化图图5横桥向地震作用时四分点截面内力变化图5图6横桥向地展作用日创洪顶截面内力州七图从图4～6可知,当拱桥承受沿横桥向地展荷载时,拱肋各截面轴力相差不大,其承载力是由拱脚处的面外弯矩控制.拱脚处的面外弯矩随管内混凝土填充长度的减少而降低,在混凝土填充到四分点之前,这种面外弯矩的变化较明显,降低幅度达麟.2%;而当填充长度在四分点与拱顶之间变化时,则面外弯矩的变化较小,仅为7.1

7、%;但同时四分点处面内、外弯矩降低17.4%与25.7%,拱顶处面内、外弯矩降低69.8%和118.4%.再从各截面轴力的变化规律来看,在管内混凝土填充长度达到四分点时,其截面的轴力都接近于最低水平.综合以上分析可以看出,当拱桥承受横向地震荷载时,与钢管混凝土拱相比,复合拱管内混凝土填充至四分点能较好地减小各截面的轴力水平,同时也能有效地减小拱肋各截面处的面内、外弯矩水平。4结语（l）复合拱桥的弹性一类稳定分析结果表明,填充长度的变化不会改变拱的失稳模态,而管内混凝土填充至四分点时,稳定系数较大,效率最高。当拱桥承受横向地震荷载时,与钢

8、管混凝土拱相比,复合拱管内混凝土填充至四分点能较好地减小各截面的轴力水平,5同时也能有效地减小拱肋各截面处的面内、外弯矩水平.从以上复合拱桥横向受力性能的分析可以看出,与钢管混凝土拱桥相比,钢管一钢管混凝土