钢桁腹杆—劲性骨架组合拱极限承载力研究

发布时间：2018-05-20 08:49

  本文选题：组合拱 + 劲性骨架　； 参考：《福州大学》2014年硕士论文

【摘要】：将钢桁腹杆作为拱结构的一部分与上、下弦杆组成施工用的劲性骨架,在其上现浇混凝土顶底板的,形成的钢桁腹杆混凝土拱结构称之为钢桁腹杆-劲性骨架组合拱。此种桥型保留了劲性骨架施工法的优点,充分发挥了混凝土和钢的作用,减轻了结构白重,极大提高了混凝土拱的受力性能,应用前景广泛。对于钢桁腹杆-劲性骨架组合拱的研究,已进行420m钢桁腹杆-劲性骨架组合拱桥试设计、相关型钢混凝土短柱试验和计算理论研究。本文以420m试设计的钢桁腹杆-劲性骨架混凝土组合拱桥为基础,进行钢桁腹杆-劲性骨架组合拱极限承载力的模型试验和有限元分析,得到该组合拱的整体受力性能和破坏模式,进行该组合拱的极限承载力算法研究。本文的主要工作和得到的主要结论为：(1)以420m试设计的钢桁腹杆-劲性骨架组合拱桥为原型,设计并制作了净跨径12m的钢桁腹杆-劲性骨架组合模型拱,并进行了两点非对称加载试验。试验结果表明,此类型拱的破坏模式接近二阶失稳破坏,裂缝沿着拱轴线方向开展要比沿截面高度方向开展快；整个受力全过程分为弹性、弹塑性和塑性三个阶段；模型拱最终因塑性区域开展过大而丧失承载能力。(2)采用通用有限元软件ANSYS建立钢桁腹杆-劲性骨架组合拱的有限元计算模型,与试验结果进行对比以验证有限元模型的正确性。结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合良好,建立的有限元计算模型能较好地模拟钢桁腹杆-劲性骨架组合拱的受力性能和极限承载力。(3)采用经过验证的有限元计算模型进行钢桁腹杆-劲性骨架组合拱极限承载力的参数分析。结果表明,影响钢桁腹杆-劲性骨架组合拱极限承载力的主要因素是腹杆布置形式、位置系数(钢管外径与截面边长之比)、支管与主弦管的管径比等。(4)在试验和有限元分析的基础上,参考相关规范和相关研究,建立了钢桁腹杆-劲性骨架组合拱极限承载力的等效梁柱法计算方法。运用此方法计算了模型拱的极限承载力,并与有限元计算结果进行了精度分析,结果表明该计算方法满足精度要求且偏于安全。
[Abstract]:The steel truss web bar is used as a part of the arch structure, and the lower chord is used as the rigid skeleton for construction. The concrete arch structure of the steel truss web bar is called the steel truss web-stiffened skeleton arch, which is formed on the top and bottom slab of the cast-in-place concrete. The bridge type retains the advantages of the rigid skeleton construction method, fully exerts the functions of concrete and steel, reduces the white weight of the structure, greatly improves the mechanical properties of the concrete arch, and has a wide application prospect. For the research of steel truss web-stiffened frame composite arch, the experimental design of 420 m steel truss web-stiffened frame composite arch bridge has been carried out, and the relevant short steel concrete columns have been tested and calculated theoretically. Based on the steel truss web-stiffened concrete composite arch bridge designed at 420 m, the model test and finite element analysis of ultimate bearing capacity of steel truss web-stiffened frame composite arch are carried out in this paper. The overall mechanical behavior and failure mode of the composite arch are obtained, and the ultimate bearing capacity of the composite arch is studied. The main work and conclusion of this paper is: (1) based on the steel truss web-stiffened frame composite arch bridge designed at 420 m, a 12m net span steel truss web-stiffening frame composite arch is designed and fabricated. Two-point asymmetric loading tests were carried out. The experimental results show that the failure mode of this type of arch is close to second-order instability, the crack develops faster along the axis of the arch than along the height of the section, and the whole process of stress is divided into three stages: elasticity, elastic-plastic and plastic. Finally, the model arch loses its bearing capacity because the plastic region is too large. (2) the finite element calculation model of steel truss web-stiffened frame composite arch is established by using the universal finite element software ANSYS, and the results are compared with the experimental results to verify the correctness of the finite element model. The results show that the finite element calculation results are in good agreement with the experimental results. The finite element calculation model established can simulate the mechanical behavior and ultimate bearing capacity of steel truss web rock-stiffened skeleton composite arch better.) using the verified finite element calculation model, the limit of steel truss web rock-stiffened skeleton composite arch is carried out. Parameter analysis of bearing capacity. The results show that the main factor that affects the ultimate bearing capacity of steel truss web members and rigid frame composite arch is the form of web bar arrangement. The position coefficient (ratio of the outer diameter of the steel tube to the side length of the section, the diameter ratio of the branch tube to the main chord, etc.) is based on the test and finite element analysis, referring to the relevant specifications and research. An equivalent Liang Zhu method for calculating the ultimate bearing capacity of steel truss web-stiffened frame composite arch is established. The ultimate bearing capacity of the model arch is calculated by using this method, and the precision analysis is carried out with the result of finite element calculation. The results show that the calculation method meets the requirement of precision and is inclined to safety.
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU398.9

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本文编号：1913955