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《钢管混凝土拱桥的拱肋稳定性可靠度分析_许福友》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第20卷第1期长沙交通学院学报Vol.20No.12004年3月JOURNALOFCHANGSHACOMMUNICATIONSUNIVERSITYMar.2004文章编号:1000-9779(2004)01-0006-05钢管混凝土拱桥的拱肋稳定性可靠度分析122许福友,张建仁,郝海霞(1.同济大学桥梁工程系,上海200092;2.长沙理工大学,湖南长沙410076)摘要:介绍了钢管混凝土拱桥的拱肋在稳定性失效模式下功能函数的建立方法。作为分析算例,建立了丫髻沙大桥在某工况下主拱拱肋5个典型截面的功能函数。用J
2、C法、图解渐近法和波动探寻法对其进行了可靠度分析,并将三种方法的计算过程和结果借助图形加以显化。计算结果表明,拱肋稳定性是足够安全的。关键词:拱桥;钢管混凝土;稳定性;可靠度中图分类号:U448.22文献标识码:A钢管混凝土是由混凝土填入薄壁钢管内而形成的高强高性能组合结构材料,同时也是一种高效施[1]工技术,是套箍混凝土的特殊形式。钢管混凝土拱桥具有结构轻盈、形式优美、跨越能力大,并具有[2]能同时解决拱桥高强度材料应用和施工两大难题等诸多优点,受到众多桥梁工作者的特别推崇,至今在全国各地已建和在建的钢管混凝
3、土拱桥已达上百座,并呈现方兴未艾之势。在钢管混凝土拱桥的设计分析中,计算模型通常需要经过理论假设和简化的步骤,过去为了考虑外部荷载的随机性及结构中物理参数的不安全因素的影响,而引入经验安全系数,这就使得钢管混凝土拱桥的设计分析是确定的,而不是随机的,无法对钢管混凝土桥梁的可靠概率做出定量估计。因此本文首先根据钢管混凝土计算理论,在充分考虑材料性能、结构几何参数和计算模式的不定性基础上,介绍钢管混凝土拱桥主要受力部件拱肋稳定性失效模式下功能函数的建立方法,然后以广州丫髻沙大桥为工程依托,建立在某工况下其主拱拱肋在
4、拱脚、1/8跨径、1/4跨径、3/8跨径、跨中5个典型截面功能函数,最后用JC法、图解渐近法和波动探寻法计算5个功能函数对应的可靠指标。计算结果表明,两种算法和JC法的计算精度相当。1功能函数的建立钢管混凝土拱桥拱肋一般由上下弦杆、腹杆、联杆和联板构成,它们共同组成弧形格构柱。拱桥拱肋截面通常受到弯矩、轴力和剪力的作用,可以将其简化处理,视为偏心受压柱。不过由于偏心率的存在会使得拱肋的承载力下降。另外,并排的上下弦杆每隔一段距离都需要用腹杆、联杆等将其相互联系,以提高拱肋的稳定性。长细比越大,拱肋的承载力降低越
5、多。拱肋格构柱的整体承载力设计值可按[3]如下公式计算:****Nu=UlUeN0(1)***式中:Nu为格构柱的整体承载力设计值;Ul为考虑长细比影响的整体承载力折减系数;Ue为考虑偏**心率影响的整体承载力折减系数;N0为格构柱各单肢柱的轴心受压短柱的承载力设计值。N0可按如下公式计算:i*N0=6N0i(2)1式中,N0i为钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值。N0i可按下式计算:*收稿日期:2003-09-19作者简介:许福友(1976)),男,同济大学博士生.*第1期许福友,张建仁,郝海霞:钢管混凝土
6、拱桥的拱肋稳定性可靠度分析7N0i=fciAci(1+Hi+Hi)(3)式中:fci为混凝土的抗压强度设计值;Aci为钢管内混凝土的横截面面积;Hi为钢管混凝土的套箍指标。Hi可按下式计算:Hi=faiAai/(fciAci)(4)式中:fai为钢管的抗拉、抗压强度设计值;Aai为钢管横截面面积。主拱拱肋截面在任意工况下稳定性失效模式的功能函数Z可以表示为抗力变量R和作用效应变量S的差值,即Z=R-S。结合式(1)~(4),抗力变量可以表示为:R=X1L1(X2L2+X3L3)(X1、L1为长细比影响的整体承载
7、力折减系数和偏心率影响的整体承载力折减系数乘积并考虑计算模式的不定性的变量和均值,当然也可以将两个折减系数分别视为两个变量,然后再乘积;X2、L2为钢管钢板材料的抗力不定性的变量和均值;X3、L3为考虑钢管约束混凝土材料的抗力不定性的变量和均值)。以X4、L4代表作用效应不定性的变量和均值,则功能函数可以表达为:Z=R-S=X1L1(X2L2+X3L3)-X4L4(5)2工程应用2000年建成通车的广州丫髻沙大桥主桥为76+360+76m三跨连续中承式钢管混凝土系杆拱桥,[4,5]气势恢宏,构思合理,造型优美,
8、见图1。丫髻沙大桥选用6管式拱肋截面,每肋由6根<750钢管混凝土组成,由横向平联板、腹杆连接成为钢管混凝土桁架。弦杆与平联板均采用16Mnq钢板制作,除拱脚附近的弦杆厚度为36mm外,拱肋弦杆的边管和中管厚度分别为18mm和20mm,平联板的钢板厚度为12mm,管内采用C60补偿收缩泵泵送混凝土,腹杆和横撑钢管内不灌混凝土。上下排钢管间通过<450@12及<351@10的腹杆组成稳定
