钢管混凝土压弯拱空间稳定性能研究

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1、硕士学位论文钢管混凝土压弯拱空间稳定性能研究SPATIALSTABILITYOFCONCRETE-FILLEDSTEELTUBULARARCHESUNDERCOMBINEDBENDINGANDCOMPRESSION殷海棠哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：U448.22学校代码：10213国际图书分类号：624.6密级：公开工学硕士学位论文钢管混凝土压弯拱空间稳定性能研究硕士研究生：殷海棠导师：杨华教授副导师：耿悦副教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：土木工程学院答辩日期：201

2、8年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U448.22U.D.C:624.6DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringSPATIALSTABILITYOFCONCRETE-FILLEDSTEELTUBULARARCHESUNDERCOMBINEDBENDINGANDCOMPRESSIONCandidate：YinHaitangSupervisor：Prof.YangHuaAssociateSupervisor:Associ

3、ateProf.GengYueAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：CivilEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要钢管混凝土拱桥因承载力高、施工方便、造型优美等优点，在我国应用广泛。目前已建成300余座，

4、最大跨度达到530m。随着跨度的增加，拱肋长细比不断增大、宽跨比不断减小，空间稳定问题愈加突出。此外，对于无风撑拱桥，其拱肋平面外刚度远小于平面内刚度，空间稳定问题更为突出。现有针对钢管混凝土拱空间稳定性能的试验研究较少，对其受力性能和破坏过程尚未形成系统、统一的认识，而且不同学者提出的设计公式预测结果差异较大。本文结合试验和有限元分析，对钢管混凝土压弯拱的空间稳定性能开展了较为系统的研究，主要内容包括：（1）研发可考虑桥面系对拱肋“非保向力”作用的试验装置，进行拱顶单点和半跨三点荷载作用下抛物线

5、形单圆管钢管混凝土拱空间稳定性能试验，系统研究不同荷载工况下钢管混凝土压弯拱的受力性能、破坏过程及破坏模式。通过对比LVDT、双目立体视觉技术和全站仪等多套位移测量系统的测量结果，确定适用于大长细比钢管混凝土拱空间稳定性能试验的位移测量系统；采用应变花监测拱肋在拱顶、拱脚及1/4跨位置处的截面应变，分析钢管混凝土拱内的约束效应和剪应力对其力学性能的影响。研究表明，两试件以面内受弯为主，发生典型的强度破坏；荷载达到峰值承载力前约束效应已经产生，分析时需考虑其影响；剪应力对构件力学性能影响较小，可不考

6、虑其与正应力的耦合作用。（2）通过ABAQUS建立抛物线形单圆管钢管混凝土压弯拱空间稳定性能有限元分析模型。通过系统分析，确定合理的单元类型、单元划分数量、几何初始缺陷和混凝土本构关系模型，同时采用本文的试验数据验证有限元模型的可靠性。研究表明，钢管混凝土压弯拱空间稳定性能有限元分析中，需考虑钢管对核心混凝土的约束作用，本文所建立的有限元模型与试验结果吻合良好，是合理可靠的。（3）进行系统参数分析，研究长细比、矢跨比、含钢率、混凝土强度和钢材强度对具有桥面系“非保向力”作用的钢管混凝土压弯拱空间稳

7、定性能的影响。基于有限元分析结果，评价现有设计公式的预测精度；在此基础上，对现有设计公式的等效弯矩系数进行修正，提出具有更高预测精度的抛物线形单圆管钢管混凝土压弯拱空间稳定承载力计算公式。研究表明，本文所提出的计算公式预测结果与有限元分析结果吻合良好，两者比值的均值为0.98~0.99，判定系数R2为0.998。关键词：钢管混凝土；抛物线拱；空间稳定；压弯作用-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheconcrete-filledsteeltubular(CFST)archesha

8、vebeenwidelyusedinChinaduetotheirhighstrength,convenienceinconstructionandattractiveappearance.Therearemorethan300CFSTarchesinChinaandthelongestspanlengthhasreachedto530m.Theincreasingslendernessratioofthearchesandthedecreasingwidth-to-spanrat