考虑随机性影响的大跨度钢管混凝土拱桥徐变稳定分析.docx

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1、考虑随机性影响的大跨度钢管混凝土拱桥徐变稳定分析钢管混凝土拱桥具有跨越能力强、外形美观的特点,在大跨度桥梁中被广泛采用。目前,针对钢管混凝土拱桥徐变稳定性能的研究还处于起步阶段,对于核心混凝土徐变对拱桥稳定承载力影响的认识尚未明确。在针对拱桥稳定承载力研究中,多数研究并未考虑参数的随机性;少数考虑参数随机性的研究中,并未考虑参数间的相关性;对于钢管混凝土拱桥的徐变稳定承载力并未有定量的研究结论。故,需要针对随机性对于大跨度钢管混凝土拱桥徐变稳定性的影响进行分析研究。针对现存的问题,本文主要开展了如下的研究内容

2、:(1)大跨度钢管混凝土拱桥徐变稳定的确定性分析。在拱肋失稳理论的基础上,推导得到拱桥临界荷载的理论公式,明确拱桥抗弯刚度、抗扭刚度和横向联接系刚度对于失稳临界荷载的贡献。采用有限元数值模型,求解在确定性分析下大跨度钢管混凝土拱桥徐变稳定承载力的发展规律。明确了大跨度钢管混凝土拱桥失稳形式主要为以面外失稳控制为主导的,面内失稳共同参与的失稳形式。(2)大跨度钢管混凝土拱桥徐变稳定的不确定性分析。采用拉丁超立方抽样技术和矩阵变换相结合的手段,将参数的随机性加以引入拱桥徐变稳定性的研究中,在分析过程中随机变量的相

3、关性充分得到考虑。分析了参数随机性对于大跨度钢管混凝土拱桥徐变稳定承载力的影响,给出了随机性对于钢管混凝土拱桥失稳模态的影响方式。针对拱肋截面含钢率和徐变影响参数,给出了徐变稳定承载力对于参数的敏感性。研究表明截面含钢率和核心混凝土的水灰比是徐变稳定承载力的重要影响因素。在拱轴敏感性分析的结果上,分析比较了不同施工方案的影响,认为先期施工敏感弦拱且尽量缩短浇筑时间差能对拱桥的徐变稳定承载力起到一定的提高作用。(3)大跨度钢管混凝土拱桥徐变稳定的时变可靠度分析和稳定安全系数计算。在时变可靠度分析理论基础上,分析

4、了大跨度钢管混凝土拱桥徐变稳定可靠度的时变规律,研究了不同参数对于徐变稳定可靠度的影响。研究认为,随着拱肋核心混凝土龄期的不断发展,徐变稳定可靠度不断降低,但其达到设计使用年限后仍能满足现行设计规范的要求。故,对于按现行设计规范进行设计的大跨度钢管混凝土拱桥,徐变失稳并不会成为桥梁失效的主要原因。(4)明确钢管混凝土拱肋发生徐变失稳的边界条件。分析拱轴线形式、矢跨比、截面刚度比影响因素,明确徐变失稳成为结构主要失效原因的边界。对于钢管混凝土拱桥,矢跨比宜取为1/5,当矢跨比偏离适宜矢跨比较大时,徐变稳定问题开

5、始凸显。应合理控制拱肋的截面刚度比,通过控制截面惯性矩和极惯性矩的比值,可以合理规避徐变稳定问题,该比值应小于0.5。分析得出,在同等条件下抛物线拱较圆弧拱和悬链线拱来说,更适宜在考虑徐变稳定问题的拱桥中采用。