脱空问题对钢管混凝土拱桥静动力影响分析

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1、Effectofseparationonthestasticanddynamicperformanceofofconcrete-filledsteeltubearchbridgeADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangShangSupervisor：ZhouYongjunChang’anUniversity,Xi’an,China摘要钢管混凝土拱桥由于具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便、耐火性能好和经济效果好等优点，是发展前景广阔的一种桥梁结构。随着钢管混凝土技术在桥梁工程中的应用，此种拱桥也暴露出一些问题，脱空问题就是

2、其中最普遍的问题之一。钢管拱桥在国内发展时间较短，这方面研究还不够充分，这对钢管混凝土拱桥的发展造成了不利影响。本文针对脱空问题对钢管混凝土拱肋稳定性和刚度的影响问题进行了计算分析，以某大跨径钢管混凝土拱桥作为工程实例进行研究，通过应用大型通用软件ANSYS，针对完全脱空和完全粘结两种状态建立两种不同的空间有限元模型，对完全脱空和完全粘结两种状态下钢管混凝土拱桥进行静力、稳定性及动力分析，分析了结构在自重作用下各控制截面的位移，在各种工况下的前五阶失稳模态和稳定安全系数，结构前十阶自振振型和自振频率，得出脱空降低了钢管混凝土拱桥的稳定性和刚度以及自振频率。此外，本文对含钢率、脱空率、脱空位置、

3、内倾角等影响脱空状态下钢管拱桥稳定性和刚度的因素作出分析探讨，得出相应的结论，为同类钢管混凝土拱桥加固设计提供参考。关键词：钢管混凝土、拱桥、脱空、脱空率、稳定性、自振特性IAbstractBecauseofitsmeritsofhighcarryingcapacity,upstandingplasticityandtoughness,constructionconvenience,bettereconomiceffectandbetterfireperformance,theconcretefilledsteeltube(CFST)archbridgeisoneofthebridgestru

4、cturesthathavebroadprospectsfordevelopment.Alongwiththeapplianceofconcrete-filledsteeltubetechnologyinbridgeengineering,manyproblemsareexposedandseparationistheoneofthemostcommonproblems.ButthiskindofbridgeshasashortdevelopmentperiodinChina,andmanyaspectsarestudiedinsufficiently.Thesituationwillbrin

5、gtheadverseeffecttotheconcretefilledsteeltubestringarchbridge'sdevelopment.ThedissertationdevelopedaseriesofcasestudyandtheoreticalanalysistotheseparationeffectstomechanicalbehavioronCFSTarchbridge.ThepaperstudyalargespanCFSTarchbridgewiththeuniversalFEMsoftwareANSYS.Two3-Dfiniteelementmodelsarebuil

6、taccordingtocompletedebondingandcompletebonding.Thestaticforce,stability,dynamiccharacteristicsofthebridgeinthestateofcompleteseparationandcompletebondareanalyzedinthepaper.Thenthestructuraldisplacementandinternalforceunderselfloudaction,instablemodalityandstablecoefficientofdifferentstate,thenatura

7、lvibrationfrequenciesandmodesarediscussed.Theresultsindicatedthatseparationreducestructuralstability,stiffnessandnaturalvibrationfrequency.Besides,theanalysisofstructureparameters,suchassteelratio,lea