钢管混凝土拱施工阶段抗风性能与成桥阶段稳定性能研究

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1、国内图书分类号：U448.22学校代码：10213国际图书分类号：624.6密级：公开工学博士学位论文钢管混凝土拱施工阶段抗风性能与成桥阶段稳定性能研究博士研究生：吴欣荣导师：王玉银教授申请学位：工学博士学科：结构工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U448.22U.D.C:624.6DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringWINDRESISTANCEDURINGCONSTRUCITONAN

2、DIN-PLANESTABILITYAFTERCONSTRUCITONOFCFSTARCHESCandidate：WuXinrongSupervisor：Prof.WangYuyinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：StructuralEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：Har

3、binInstituteofTechnology摘要摘要随着钢管混凝土拱桥跨度的不断增大，拱肋在施工阶段和成桥阶段的稳定问题日益突出：在施工阶段，空钢管拱肋常采用缆索吊装法悬臂拼装，此时拱肋仅靠侧向设置的缆风维持面外稳定，结构的面外刚度较低。在风荷载的强烈作用下，拱肋可能发生大幅振动，并由此导致缆风的断裂和结构的破坏，故应对拱肋在悬臂拼装阶段的抗风性能进行研究；在成桥阶段，闭合的拱形结构已经形成，且风撑的设置使拱肋面外刚度大幅提高，其面外风致稳定问题不再突出，但使用荷载作用下拱肋承受较大轴压作用，其面内整体稳定问

4、题较为突出，因此应对成桥阶段拱肋的面内稳定性能进行研究。本文选取常用的抛物线型钢管混凝土拱桥作为研究对象，对其悬臂施工阶段的空钢管拱肋抗风性能和成桥阶段的钢管混凝土拱肋面内稳定性能进行研究,具体研究内容如下：（1）针对钢管混凝土拱桥常用的截面类型和截面尺寸，开展了空钢管拱肋节段模型风洞试验，得到了四肢桁式截面和横哑铃桁式截面的三分力系数和气动导纳函数，为后文进行空钢管悬臂拱肋的抖振分析提供了基础。通过对试验测得的截面升力系数进行分析，得到了拱肋发生驰振的条件。（2）考虑曲线型拱轴线对抖振分析的影响，采用MATLA

5、B编制了悬臂空钢管拱肋抖振分析程序，并利用经典理论分析结果和桥梁实测结果验证了程序的正确性和适用性。采用上述程序对不同参数下悬臂空钢管拱肋的风致响应进行了系统分析，提出了悬臂抛物线型空钢管拱肋阵风系数的建议取值。（3）开展了矢跨比为1/4.5、1/6和1/9的三组钢管混凝土抛物线拱平面内稳定承载力试验，研究了试件在轴压和压弯受力状态下的失稳破坏模式、稳定承载力和约束效应发展规律；通过试验得到了矢跨比和加载工况对钢管混凝土抛物线拱稳定承载力的影响规律。（4）建立并验证了轴压作用下钢管混凝土抛物线拱的ABAQUS有限

6、元分析模型，对轴压作用下钢管混凝土抛物线拱的弹性和弹塑性稳定性能进行了研究，得到了矢跨比对抛物线拱稳定承载力的影响。引入矢跨比考虑屈曲前变形的影响，对现有规范采用的稳定系数进行修正，提出了轴压作用下钢管混凝土抛物线拱平面内稳定承载力计算公式。（5）建立并验证了压弯作用下钢管混凝土抛物线拱的ABAQUS有限元模型，对压弯作用下钢管混凝土抛物线拱的弹性及弹塑性稳定性能进行了研-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文究，得到不同工况下轴力和弯矩分布规律。引入考虑矢跨比的稳定系数，考虑轴力和弯矩的不均匀分布情况，提出了压弯作

7、用下钢管混凝土抛物线拱的弹塑性稳定承载力计算公式。关键词：钢管混凝土；抛物线拱；抖振；风洞试验；静力稳定-II-AbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofconcrete-filledsteeltubular(CFST)archbridges,thestabilityofthearchribsduringconstructionandafterconstructionhasdrawnmoreattentions.Duringconstruction,thearchribsa

8、recommonlyerectedbystayedcables,inconjunctionwithsomelateralguy-wirestoimprovethelateralstiffness.Underwindattacks,thearchribsmayvibrateseriouslyandleadtothefractureofguy-wireswhichprobab