大跨度钢管混凝土拱桥动力特性分析

《大跨度钢管混凝土拱桥动力特性分析》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、西南交通大学硕士研究生学位论文第5页缩小时，约束效应也将随之改变。4．处于压弯扭剪组合受力状态下，钢管混凝土结点受力性能分析。国内外的研究者已对钢管混凝土构件在反复荷载作用下的力学性能进行了大量的理论分析和实验研究，同时也开展了对钢管混凝土结构动力性能的研究，并提出了用于弹塑性地震反映分析的构件恢复力模型。1．3钢管混凝土拱桥的应用与研究随着钢管混凝土的蓬勃发展，其在土建和桥梁结构中逐步得到广泛应用。一般而言，钢管混凝土只适用于轴心受压和小偏心受压构件。因而最初多用于纯粹受压构件，如桁架拱的受压构件和立柱式桥墩等

2、，即主要以柱子的形式出现。随着钢管混凝土理论的发展，其应用范围不断扩大。在桥梁方面，逐渐从传统的劲性钢筋混凝土结构的应用，转向大口径钢管混凝土结构的应用。钢管混凝土在桥梁中的应用最早可追溯到1939年，前苏联修建了一座140米跨的钢管混凝土铁路桥。众所周知，钢管混凝土具有良好的承压能力，而拱桥的拱肋是轴心受压和小偏心受压构件。因此，钢管混凝土可作为拱肋充分发挥相互间的长处及其特性。钢管混凝土用于拱桥时，轻质高强，可跨越更大的跨度，而施工远比钢筋混凝土拱桥简便。其优点主要表现如下：1)桥以受压为主，采用钢管混凝土可

3、充分发挥其优点。2)现代桥梁建筑都采用缆索吊装拱肋段，逐段拼装成拱，或采用在堤岸上制作全拱肋或两段半跨拱肋，经转体合拢成拱，故采用轻质、高强的钢管混凝土结构是理想的材料。3)形成钢管拱，然后灌注混凝土，钢管既承重，又是模板，充分发挥材料的作用，节省人工、木材，并缩短工期。4)采用泵送混凝土技术，施工简便、快速且保证浇灌质量。5)拱加拉杆，或再对拉杆加预应力，使拱的内力分布更加合理，为大跨拱桥推广到高墩上创造了条件，并极大地减少了桥梁下部结构的数量和施工难度。西南交通大学硕士研究生学位论文第6页钢管混凝土拱桥在桥梁

4、工程中的应用主要有两大类：一是钢骨钢筋混凝土拱桥(steelReinforcedconcretehpsthBridge)，简称SRC拱桥；一是钢管混凝土拱桥(ConcreteFilledsteeltubularApsthBridge)，简称CFST拱桥。我国自1991年先后在四川I旺苍东河桥及广东高明桥上分别修建了跨径为115m和100m的钢管混凝土桥，到今天已建成40多座钢管混凝土拱桥。钢管混凝土拱桥得到迅猛发展。对钢管混凝土拱桥的研究以结合工程设计施工，对施工过程劲性骨架稳定性分析和施工控制分析居多，同时对拱

5、桥受力复杂部位进行模型实验研究。在设计计算上，仍以弹性分析为主，采用空间直杆梁单元系统结构模型，考虑结构几何非线性计算结构内力。以《钢管混凝土结构设计及旃工规程》为依据验算拱肋的承载力，假定钢管混凝土变形服从平面理论，按组合材料截面作内力和应力简单叠加：稳定分析采用弹性理论方法，而取较大的拱的稳定系数(4’6)作验算。作为一种应用新材料的桥型，钢管混凝土拱桥的理论研究目前还相对滞后，跟不上其发展的步伐。对钢管混凝土拱结构受力特性的研究还刚刚开始：其长细比、曲杆、压弯、交替弯矩等特性显然和建筑物中柱子受力特性不同；

6、而直接套用圬工拱桥或钢筋混凝土拱桥的计算方法也不合理，更何况拱桥的设计理论也不完善。钢管混凝土拱桥由于材料强度的提高，施工及成桥后的稳定问题突出，虽已引起注意，但目前的研究基本上没有考虑其材料特性。内力计算方面，混凝土收缩、徐变、温度变化等引起的内力计算的研究，关键是这些因素影响量值的研究也还在初期阶段。特别是在钢管混凝土拱桥动力分析方面，随着跨径的提高和规模的增大，拱桥的动力性能和抗震性能研究日益显得迫切，而这方面的研究也远未深入。1．4本文所要做的工作鉴于目前对钢管混凝土拱桥的研究主要以稳定性研究为主，对其动

7、力性能和动力反应研究涉之较少的现状，本文将结合拱桥的受力特点，按照线性二阶理论计算拱桥结构轴力效应(P—A效应)以西南交通大学硕士研究生学位论文第7页考虑拱桥的几何非线性影响，同时结合钢管混凝土材料的特点，按照“统一理论”来计算钢管混凝土组合构件的轴压弹性模量、抗弯弹性模量和剪切弹性模量，以反映钢管混凝土结构的材料特性。在visualFortran5．0环境下编制空间杆件非线性有限元动力分析程序，分析钢管混凝土拱桥的动力特性和在动力荷载作用下的动力反应，同时分析含钢率、结构尺寸、两种材料的匹配等因素对钢管混凝土拱

8、桥的动力特性的影响。为验证自编程序的正确性，对本文所举算例与现有的采用SAP93计算的结果进行分析、对比，并在MATLAB5．3中进行复核。本文的研究工作对大跨钢管混凝土拱桥结构的设计计算和施工控制可提供一定的参考价值。西南交通大学硕士研究生学位论文第8页第2章有限元动力方程的建立2．1离散体的运动微分方程式的建立同静力学问题一样，用有限元进行动力分析时，首先需将物体离散