哑铃型钢管混凝土拱桥核心混凝土浇筑方式优化及地震响应分析

发布时间：2020-05-26 08:55

【摘要】：从20世纪30年代末以来,钢管混凝土拱桥以其美观新颖的结构形式、优良的结构整体性和耐腐蚀性等优点,促使其在众多中、大跨度桥型中迅速发展。在钢拱肋和核心混凝土形成组合结构之前,钢拱肋不可避免地会产生初始应力,不同核心混凝土浇筑方式会对初始应力造成影响,也会对拱肋结构抗震性能产生一定影响。本文采用有限元模拟分析法对一拟建哑铃型截面净跨130m中承式钢管混凝土拱桥核心混凝土浇筑方式进行较为系统的研究,通过对八种不同核心混凝土浇筑方式进行模拟分析,以优化核心混凝土浇筑方式;采用反映普法、时程分析法对两种不同核心混凝土浇筑方式进行模拟分析,探索核心混凝土浇筑方式对钢管混凝土拱桥结构抗震性能的影响。本文研究工作及成果总结如下:1.利用Midas Civil专用有限元软件对八种常用的核心混凝土浇筑方式建立钢管混凝土拱桥有限元模型进行分析,单管全截面连续浇筑,先浇筑下弦管,再浇筑上弦管,最后浇筑腹腔混的方式较为优越;根据施工工期,适当增加隔仓板进行分段浇筑,可减小拱肋初始应力及拱肋竖向位移;2.根据本案例桥址所处地震场地类别以及其自身动力特性,使用软件MIDAS Building进行天然地震波选取,采用软件SeismoMatch对天然地震波进行修正,选用软件SeismoArdif根据设计反应谱曲线拟合人工地震波,所得到的四条地震波参数均满足抗震设计要求;3.通过Midas Civil有限元软件对两种不同核心混凝土浇筑方式进行反应谱分析和时程分析,发现时程分析结果与反应谱分析结果规律基本相同,核心混凝土浇筑方式的不同对拱肋抗震性能的有一定的影响,可通过优化核心混凝土浇筑方式改善拱肋的抗震性能;4.通过对关键截面内力、位移及应力分析可发现地震作用对拱脚截面影响较大,宜对拱脚采取合理的构造措施进行加强;且反应谱分析和时程分析表现出较大的横向位移,本桥横向刚度较小,在设计时应通过增大横撑截面尺寸、适当增加横撑数量以及减小横撑间距等方式增加横向桥向刚度。本文研究工作可为同类哑铃型钢管混凝土拱桥设计提供参考,也可为本桥后续施工图设计提供指导。
【图文】：

1 绪论1.1 钢管混凝土拱桥发展概述钢管混凝土拱桥的运用开始于 20 世纪 30 年代后期，在今俄罗斯圣彼得堡建造了座横跨涅瓦河净跨 101m 的下承式钢管混凝土公路拱桥，和一座位于今亚洲北部俄罗境内净跨 140m 的上承式钢管混凝土拱桥[1]。1932-1936 年，在今俄罗斯圣彼得堡建成了一座横跨涅瓦河的公路桥，取名沃洛尔斯基（Volodarsky）大桥（图 1.1）。该桥共计三跨，两侧边跨为净跨 101.1m 刚性柔性拱结构的下承式钢管混凝土系杆拱桥，中跨是一座活动的双叶垂直开启桥。沃洛尔斯基大桥，其钢管混凝土结构隐藏在拱肋中，采用一种特殊的拱肋的加固形式，首用钢筋将一组 4 根的小直径钢管混凝土构件绑扎在一起，形成成束式节段单元，，然后这些节段单元布置在拱形肋中并纵向连接，最后用钢筋将这些元件进行横向绑扎，从在拱形肋中形成加强件。

哑铃型钢管混凝土拱桥核心混凝土浇筑方式优化及地震响应分析在 20 世纪 60 年代，英国学者 NeogiPK 系统地研究了钢管与混凝土之间的相互用，发现混凝土受到钢管环向的约束作用，显著提高了混凝土材料抗压强度的现象，提出了几种关于钢管混凝土构件正常使用承载能力和极限承载能力的计算方法。鉴于工技术问题，管内核心混凝土施工技术未得到很好的解决，钢管混凝土结构在施工中优势未得到有效发挥。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U448.22

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本文编号：2681590