钢管混凝土拱模型面内外受力状态特征分析

发布时间：2020-06-11 16:03

【摘要】：在现有的钢管混凝土结构静力分析研究中,以平面内力学性能的研究较多,空间稳定性研究内容较少,其基础理论大多参考钢管混凝土柱。由于各种计算理论和分析方法存在的制约因素和限制条件,仅局限于特定参数和结构形式下的拱能取得较为理想的分析结果,超过约束后则计算误差较大甚至方法不适用。其关键在于对拱结构的受力性能和破坏过程并没有形成系统、统一的认识,依旧有很多结构工作行为未能得到揭示。为了揭示钢管混凝土拱在空间荷载作用下的结构工作行为特征,本文利用结构受力状态分析理论与方法,对单圆管钢管混凝土拱的试验数据进行再建模分析,研究工作包括:(1)系统地阐述了结构受力状态理论和方法,提出用广义应变能密度(GSED)作为结构受力状态特征参数,实现对试验数据进行再建模分析来表征结构的受力状态模式,并将Mann-Kendall准则引入来检测结构整体受力状态的突变性,揭示并确定结构失效的起点,将其定义为失效荷载进行结构设计而非结构的极限荷载。(2)对单管拱的空间受力行为进行结构受力状态分析,采用GSED参数得到描述结构整体的受力状态特征曲线,并判别出结构的弹塑性分支点和失效荷载,当荷载超过失效荷载后,拱结构进入受力不稳定的失效阶段,不再适宜进行承载。通过结构响应参数(应变、位移)以及内力构成的受力状态子模式的受力特征变化趋势,对失效荷载的合理性进行验证。(3)采用一种将模拟与插值相结合的数值形函数法,来实现对试验数据较为准确的插值,获取更加丰富的试验信息。用该方法对单管拱有限的测点数据进行插值,得到结构各截面的应力应变场及结构的内力信息,从而深入分析结构的受力变化特征,进一步验证了失效荷载的合理性。(4)对一单管拱在平面内五点均布荷载作用下的结构工作行为进行分析,基于结构受力状态理论与方法探究了该拱的结构受力状态特征变化与空间荷载下的拱的异同。在实际设计中,应当限制拱结构的横向荷载作用使结构尽量受竖向力的作用,从而提高结构的实际承载力。
【图文】：

钢管混凝土拱桥,截面形式,拱肋,截面

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文过 400 座（跨径在 50 米以上），跨径达到 200 米的拱桥数量达到 50 余座径达到 400 米的拱桥也将近 10 座，并且数量还在持续增长中。在目前广泛应用的钢管混凝土拱桥中，根据拱肋的截面不同可以划分为类型，常见的是单管截面、双管截面、多管（桁式）截面及其他形式截对桁式结构而言，单管截面及哑铃形截面的构造形式相对简单，而实际桥计中采用何种截面形式受到跨度、承载设计、施工等多方面制约，其中跨主导原因。单圆管截面（图 1-1a）由于简单的构造和较好的套箍作用，在径桥梁当中应用广泛；哑铃型截面（图 1-1b）在 75 米至 150 米跨的拱桥占有较大部分的比例，据资料数据统计，随着跨度的增大，哑铃型截面拱数量呈现减少趋势。

应力-应变曲线,钢材,五段式,比例极限

ty /f。其中，σ 代表混凝土拉应力，ft2/3cu26f计算，fcu为边长 150mm 的标准立方体表混凝土峰值应变，按0.36 6t cu31.4 f10 计算。应变关系采用五段式本构模型[53]，五个阶（ab）、塑性段（bc）、强化段（cd）及二次弹性段 a 点应变e可由下式得到：e p s f /E比例极限，fp=0.8fy，Es代表钢材弹性模量e，，钢材切线模量由下式得到：ty s ss sy p p( )( )fE Ef f f 应力。对塑性阶段，c 点处应变e2=10e1。强度极限 fu，由 fu/fy=1.6 可得，d 点处应变
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9

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