基于统一理论的蝶形拱桥空间稳定性分析

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1、2010年第4期西南公路XINANGONGLU基于统一理论的蝶形拱桥空间稳定性分析蒲黔辉霍学晋杨永清(西南交通大学土木工程学院成都610031)【摘要】为考察多拱肋蝶形拱桥结构稳定性的特点，基于考虑钢管套箍作用的统一理论对大跨度蝶形钢管混凝土拱桥的两类稳定性问题进行了分析。通过特征值计算得到了结构的第一类稳定安全系数；考虑结构的几何非线性和材料非线性，应用荷载增量法迭代求解，得到了结构的极限承载力和第二类稳定安全系数。以太原市南中环主桥为工程背景，对主桥各施工阶段及成桥阶段的空间稳定性进行了分析。结果表明：换算截面法和叠合单元法的稳定安全系数比统一理论法整体上

2、略小，统一理论法在钢管混凝土拱桥稳定性计算中是可行的；蝶形拱桥的失稳形式以拱的面外扭转失稳为主；拱肋的初始缺陷、活载的分布形式和横向风荷载等对结构稳定性均有不同程度的影响；结构第二类稳定安全系数均小于第一类稳定安全系数。【关键词】钢管混凝土；蝶形拱桥；统一理论；稳定；非线性【中图分类号】U448.225【文献标识码】A[1]钢管混凝土拱桥因造型美观和跨越能力强等特善桐院士及所领导的研究小组在钢管混凝土结构的点，近年来得到广泛应用。太原市南中环主桥的设理论方面做了系统而全面的研究，在构件特性的理计采用了空间六索面四拱肋的蝶形钢管混凝土拱桥论分析和大量试验研究工作

3、的基础上，提出了统一桥型，目前尚属国内首例，因此对该桥型的研究较理论和统一设计公式，该法概念清晰、公式简单且少，尤其是空间稳定性问题。蝶形拱桥的拱肋向桥计算结果较为准确。统一理论在模拟钢管混凝土构面外倾斜，拱顶宽度大于拱脚宽度，且主拱肋之间件时不再区分钢管和混凝土，视为一种材料，综合无横向联接系，体系的空间稳定性通过拉索和主副考虑了钢管混凝土构件的受力特性，显然比其他方拱肋之间的联接拉杆共同维持，因此稳定问题较为法更加精确。本文基于统一理论计算钢管混凝土拱突出。肋的刚度时考虑了钢管对混凝土的套箍作用，即统蝶形拱桥的拱肋通常为钢管混凝土构件，钢管一理论法，在此基

4、础上研究蝶形钢管混凝土拱桥的混凝土属于组合材料，内填混凝土增加了钢管壁的空间稳定性问题，并验证该方法在蝶形拱桥稳定计稳定性，钢管对核心混凝土存在套箍作用，提高了算中的可行性。混凝土的抗压强度，能够充分发挥钢和混凝土两种1统一理论材料的优点。在双向或三向异号应力作用下，钢管由弹性工作转入塑性工作阶段时的纵向应力低于单统一理论的基本思路是分别选定钢材和核心混向工作时的屈服点，即塑性增大。钢管中的混凝土凝土在复杂受力状态下比较正确的本构关系，运用由于存在着紧箍力的作用，处于三向受压应力状平衡条件和变形协调条件将两者的本构关系合成构态，延缓了裂缝的开展，同时还增大了极

5、限压缩应件的组合关系，由于在钢管和混凝土的本构关系中变，核心混凝土由脆性转变为塑性，在物理力学性已包含了紧箍力效应，因此在组合关系和组合性能能方面发生了本质的变化，整个构件呈现弹性工指标中自然也就包含了这种效应。根据在三向受力作、塑性破坏的特性。到目前为止，各国许多专家情况下的钢管和核心混凝土的本构关系，建立内外学者对钢管混凝土构件的特性进行了一系列研究，力平衡条件和变形协调条件，由合成法即可求出内从简单的实验数据回归到采用力学分析方法，提出力（或应力）与应变的关系：了多种形式的承载力计算方法，各种方法在模拟钢平衡条件N=N+N，（1）sc管混凝土构件时各有优

6、缺点。哈尔滨工业大学的钟协调条件D=D，D=D，（2）slclsrcr82010年第4期西南公路XINANGONGLU蒲黔辉霍学晋杨永清：基于统一理论的蝶形拱桥空间稳定性分析式中：N、N分别为钢管和核心混凝土承担的式），结构的有限元增量平衡方程具有统一的形sc[3]轴向力；D、D分别为钢管的纵向和径向变形；、式，即：基于统一理论的蝶形拱桥空间稳定性分析slsr分别为核心混凝土的纵向和径向变形。(K+Kσ)Dδ=DR（3）由此可确定钢管混凝土轴向受力构件的应力—式中：K为结构弹性刚度矩阵；Kσ为给定的外蒲黔辉霍学晋杨永清应变全过程曲线，从而得到构件轴心受压的各项

7、组荷载作用时形成的结构几何刚度矩阵，Dδ和DR分别(西南交通大学土木工程学院成都610031)合性能指标，具体公式参考文献[1]。为位移增量向量和荷载增量向量。【摘要】为考察多拱肋蝶形拱桥结构稳定性的特点，基于考虑钢管套箍作用的统一理论对大跨度蝶形2稳定性分析当结构处在临界状态时，即使DR→0，Dδ也有钢管混凝土拱桥的两类稳定性问题进行了分析。通过特征值计算得到了结构的第一类稳定安全系数；考虑结非零解，所以必有构的几何非线性和材料非线性，应用荷载增量法迭代求解，得到了结构的极限承载力和第二类稳定安全系2.1工程背景（4）│K+Kσ│=0数。以太原市南中环主桥为

8、工程背景，对主桥各施工阶段及成桥阶段的