大跨度铁路连续梁拱组合桥梁抗震计算分析

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第一章绪论11概述在人类文明的发展史中，桥梁占有重要的篇章，它充分展示了劳动人们的聪明才智。在中国古代，人们就以木材、石料等材料建成各式各样的桥粱连接城市的各个角落。拱桥更是咀其受力上的特点⋯拱内产生轴向压力可转换为拱脚的水平推力，使跨中弯矩极大的减小，从而增加了桥梁的跨越能力，使其成为各种桥型之冠。随着科技的发展，各种新型材料不断的被采用，各种先进的桥梁计算理论不断的被提出，拱桥的应用形式也在不断的更新，从最古老的石拱桥，到后来的铁拱桥、钢拱桥、再到现在的钢筋混凝土、钢管混凝土拱桥以及连续梁拱组合桥粱，拱桥的定义不断豹被修改，对于他

2、的研究也不断的在创新。图1-1为目前世界上最大跨度的钢管混凝土拱桥。圈1一l重庆巫山长江大桥1．2钢管混凝土特性分析及发展现状钢管混凝土是一种钢～混凝土组台材料，由钢管和填注其中的混凝土组合而成，它是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的【l】。在钢管混凝土早期的应用中，一般不考虑钢管及其核心混凝土之间的相互作用对承载力的贡献，并且当时钢管内混凝土浇注工艺来得到很好的解决，导致其经济效益和优势并不明显，从而使得钢管混凝土的推广应用受到一定影响，然而在1923年日本关西大地震以后发现钢管混凝土结构在这次地震中破坏不明显，尤其在1995年阪神地震后，钢管混

3、凝土更是显示出其优越的抗震性能，一时间对钢管混凝土的研究成为热门课题。钢管混凝土结构主要用于轴压构件，钢管壁可对混凝土形成套箍作用，使混凝土处于三向应力状态，从而使核心混凝土轴向抗压能力和延性犬为提高，同时在钢管内填注混凝土，可提高钢管壁受压时的稳定性，并增强了钢管的耐久性和耐腐蚀性o¨]。另外钢管混凝土较之传统的钢管混凝土结构及钢结构还有着以下几点优势口¨】西南交通大学硕士研究生学位论文第2页1、从力学方面分析，钢材在弹性工作阶段时的泊松比变化很小，在0．25～0．30之间，而混凝土的泊松比随着纵向力的增长从低应力的0．167左右增长至O．5，破坏时将超过O．5。因此

4、内填型钢管混凝土随着轴向力的增长，混凝土的泊松比迅速超过钢管的泊松比，使得混凝土的侧向变形受到钢管的约束而处于三向受力状态，大大提高了钢管混凝土的承载力。同时，钢管的套箍作用也增强了混凝土的塑性变形能力，使得混凝土特别是高强混凝土易发生脆性破坏的弱点得到克服。另一方面，内填混凝土增强了钢管的管壁稳定性，刚度也远远大于一般钢结构，对其稳定性有极大的提高。因此钢管混凝土材料应用于以受压为主的拱桥中，较之传统的钢结构和钢筋混凝土结构有着很大的优越性【8】。2、从施工方面分析，钢管混凝土式结构也非常方便。钢管具有较大的刚度和强度，可作为施工的劲性骨架或耐侧压的模板和支架，这样不

5、仅使吊装的重量大大减轻还省去了支模拆模时间，既节约施工用钢量，又缩短了工期；同时钢管骨架可在工厂加工，效率高，且易于保证钢管的完整性，比起钢筋混凝土结构中的钢筋绑扎要方便很多；钢管在架设时还可进行多点焊接，并且由于钢管混凝土柱构件数量少、构造简单、焊缝少，易于操作。如采用管径较小的工厂生产的无缝钢管，在壁厚不大的情况下还可以采用热弯成型，这样既减少了大量工厂焊接，又避免了大部分焊接应力，为采用较小管径的钢管析式拱桥的施工提供了方便又保证了结构的刚度。再者钢管混凝土柱内不需要配筋，也便于混凝土浇注及质量控制。【9101l】3、从材料方面分析，钢管混凝土结构耐腐蚀性能比钢筋

6、混凝土弱，与钢结构一样需要采用有效的防腐措施，但与钢结构相比，其内壁因填充了混凝土，只有外壁需采取防腐措施，因而表面积减少一半。在耐火性能方面，有关学者进行过定性分析并认为，由于内填了混凝土可以大量吸收热量，钢管混凝土的软化温度较空钢管有极大的提高，而在急骤降温(消防冲水)时又不会像钢筋混凝土结构那样发生爆裂，保证了结构的完整性，因此，其防火性能比钢结构和钢筋混凝土结构有一定的优越性。钢管混凝土结构还具有较好的耐冲击性能。同时由于钢管混凝土具有良好的塑性和韧性，其抗震性能也非常的好。【101112131所以采用钢管混凝土技术不但可以解决普通钢筋混凝土所面临的“胖柱”问题

7、，增大桥梁结构的跨越能力。同时钢管对核心混凝土的套箍作用还可以有效地克服高强混凝土的脆性问题，使其成为桥梁工程中一种经济而有效的结构形式。理论分析和工程实践表明，钢管混凝土与钢结构相比，在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材约50％；与普通钢筋混凝土相比，在保持用钢量相近和承载力相同的条件下，构件的截面面积可减少约50％，混凝土用量及构件自重相应减少50％左右。【14】西南交通大学硕士研究生学位论文第3页1．3一般梁拱组合体系桥梁的发展现状桥梁按其受力特点可分为梁桥、拱桥、钢架桥、悬索桥、组合体系桥【l51。他们各自都有自身的竞争