钢管砼拱桥若干计算方法探讨分析与空间静、动力分析程序开发

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1、第一章绪论1．1我国钢管混凝土拱桥计算理论研究现状我国从1963年开始钢管混凝土结构的研究工作。最早开展这方面研究的单位有，原建筑材料研究院(现在苏州混凝土与水泥制品研究院)、北京地下铁道工程局、原哈尔滨建筑工程学院、冶金建筑科学研究院、电力研究所和建筑科学研究院等单位。1978年钢管混凝土结构第一次列入国家科学发展规划，并由原哈尔滨建筑工程学院钟善桐教授主持这项研究工作。1986年在中国钢结构协会的支持下，组建了钢一混凝土组合结构协会。经过近二十多年的研究，我国在钢管混凝土结构的研究方面，特别是在构件的性能和理论研究方面，呈现出百花齐放、

2、百家争鸣的态势，并在这方面的研究硕果累累，总体水平已经达到国际领先水平。基于各种不同的理论(主要由蔡绍怀、钟善桐、蒋家奋等人提出)相应颁布了多种行业标准，主要有：中国工程建设标准化协会标准1990年颁布的<<钢管混凝土结构设计与施工规程CEcS28：1990>>、中华人民共和国电力行业标准1999年颁布的<>、国家建筑材料工业局标准1989颁布的<<钢管混凝土结构设计与施工规程JcJo卜1989>>、经济贸易委员会1998年颁布的<>、中国人民解放军总后勤部2001年颁布的<<战时军港抢修

3、早强型钢一混凝土组合结构设计规程GJB4142—2000>>，同时有几个地方也颁布自己的地方标准(如福建省工程建设标准<<钢一混凝土混合结构技术规程DBJl3—6卜2004>>)。以上的规程所涉及的对象均以房屋建筑中的柱系为主，没有钢管混凝土拱桥结构方面的内容，在桥梁上的应用也是工程实践先于理论研究，目前由重庆交通科研设计研究院主持的钢管混凝土拱桥的设计施工规范还正在编写之中，在公路行业中国家对钢管混凝土拱桥研究的投入加大，目前分别由重庆交通大学顾安邦教授和湖南大学邵旭东教授主持的西部交通科技项目<<钢管混凝土拱桥设计、施工养护成套技术研究

4、>>正在同时平行进行，预计到时在钢管混凝土拱桥研究方面会有更大的成果。而在国内万县长江大桥和重庆巫山长江大桥都是劲性骨架钢管砼拱桥SRc和钢管砼拱桥cFsT世界之最。目前在桥梁上的计算理论应用主要是参照以上各个部委的规范进行。目前计算钢管混凝土轴心受压构件的初始应力的公式多为经验公式，这些公式形式复杂，试验参数较多，应用较为不便，而且公式中应力和应变多呈指数关系。北京交通大学的王元丰教授利用弹性阶段的钢管混凝土的受力特点，推导了轴心受压构件和大、小偏心受压构件、受弯构件的初始应力计算公式，这些公式第一章绪论2能全面反映含钢率、钢材及混凝土级

5、别等因素对初始应力的影响。对钢管混凝土收缩徐变的研究并不多见。在国内，哈尔滨建筑大学钟善桐、齐加连，在理论上创立了“统一理论【羽”，在此基础上通过本构关系调整按组合模量的变化来分析钢管混凝土徐变对钢管混凝土构件稳定的影响，并在1978年、1983～1984年进行了两次较大规模的圆钢管混凝土轴压构件和压弯构件的徐变试验，与理论计算吻合良好，并确定了很多特征参数。90年代中期，重庆交通大学顾安邦、刘忠、周水兴等建立了Dirichlet级数退化核的改进形式㈣的徐变函数表达式，并作了钢管混凝土劲性骨架拱桥的收缩徐变模型试验，与理论计算符合良好，取得

6、了一批成果。2002年至今考虑钢管混凝土套箍效应，推导了计算钢管混凝土徐变理论计算的两个公式嘲，已经完成了钢管混凝士轴心和偏心收缩徐变模型试验，通过试验对比，发现理论公式一更符合工程实际。90年代末北京交通大学王元丰、韩冰对钢管混凝土的收缩徐变进行了一系列的理论研究，包括轴心受压【101、小偏心嗍、大偏心脚受压构件以及受弯构件n11收缩徐变的研究，从理论上推导了各种构件的徐变及初始应力公式，并将计算结果与钟善桐等人的试验数据进行对比，发现与之符合良好。2002年，广西大学谢肖礼、秦荣研究了钢管混混凝土收缩徐变对任意截面应力重分布㈣的影响，对

7、任意形状拱肋截面的钢管混凝土拱桥的应力重分布进行研究，推出长期荷载作用下应力重分布的半解析表达式。1．2桥梁结构空间分析程序开发现状及必要性在我国比较常用的大型通用软件有sAP2000、ALGoR(sUPER-sAP)、ANSYs、ADINA、NASTRAN／PATRAN、MARC等。20世纪60年代初，由于计算机技术的推广和结构分析有限元法的应用，使桥梁结构分析得以向程序化方向发展。由美国加州大学伯克利分校的兄J．Bathe，E．L．wilson和F．E．Peterson于1970年首先推出结构分析通用程序系统SAP，并在航空、机械、土建

8、等领域得到广泛应用。20世纪80年代初由北京大学曲圣年教授等移植到微机上。该程序系统经历了多次改版，现工程界广泛使用的是新版superSAP93和SAP2000，SuperSAP