花瓶式双柱钢管混凝土桥墩稳定性与极限承载力分析

发布时间：2020-03-25 12:20

【摘要】：现于今科研人员大多采用数值模拟分析的方法研究钢管混凝土结构。本文采用大型有限元分析软件ANSYS,以某花瓶式双柱钢管混凝土高架桥墩为背景,进行了弹塑性分析。依据模拟分析得到的极限承载力数据,为桥梁设计提供参考依据。最后对花瓶式双柱钢管混凝土桥墩的极限承载力进行参数分析,考虑了钢管的强度等级、核心混凝土的强度等级、钢管的壁厚、钢管混凝土柱的长径比及自重5种因素的影响。本文主要工作及结论如下:(1)简要介绍了钢管混凝土柱稳定性基本理论及国内外研究成果,对数值模拟中涉及的若干关键技术进行了详细讨论。(2)建立了花瓶式双柱钢管混凝土桥墩的有限元模型,采用三向受压状态的本构模型对混凝土进行模拟,并且考虑了初始缺陷的作用。(3)对钢管的强度等级、核心混凝土的强度等级、钢管的壁厚、钢管混凝土柱的长径比及自重进行了参数分析,并对不同工况下的桥墩极限承载力进行对比,得到如下结论:随钢材的强度等级的提高,桥墩的极限承载力相应增大;随混凝土的强度等级的提高,桥墩的极限承载力显著增大;增加钢管的厚度能大幅度的提升钢管混凝土柱的承载能力;结构长径比增大时,承载能力显著下降;自重对于钢管混凝土桥墩极限承载力的计算结果影响较大,不能忽略。
【图文】：

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第一章绪论1.1 研究的背景和意义桥梁结构的承重主要是通过桥墩完成的，桥墩承受的荷载主要是由重力产生的竖向荷载和车辆制动产生的横向荷载。除此之外桥墩还可能承受由于船舶或车辆撞击产生的冲击荷载。桥梁整体结构的稳定很大程度上取决于桥墩的刚度、强度、稳定性。因此，对桥墩的力学性能进行分析和研究就显得举足轻重了。钢管混凝土是将混凝土注入钢管中而形成的一体结构，英文缩写为 CFST。十九世纪八十年代，，美国人约翰拉莱使用混凝土填充的钢管作为承重柱起[1]。至此，钢管混凝土在土木工程中的运用已有上百年了。按照截面的形装进行划分，钢管混凝土有许多不同的类型，其中较为常用的结构形式有：矩形截面形式的钢管混凝土、圆截面钢管混凝土、方截面钢管混凝土和多边形截面钢管混凝土[2]。近年来，大量的中空夹层的钢管混凝土被运用到工程实践中，按截面形状划分为：方套圆、方套方、圆套圆、圆套方等[3]，下图 1.1 所示。

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合肥工业大学学术硕士研究生学位论文始认识到：钢管混凝土在塑性和韧性、稳定性能及经济方面的优势，同时，在施工工期和防火性能方面也具有显著好处。复合式钢管混凝土柱与单支柱相比,以更小的单位面积获得较大承载力, 更能充分地利用钢管混凝土的材料性能。复合式钢管混凝土柱是钢管混凝土工程实践的具体体现,充分表现出钢管混凝土结构所具有的的优点[9]。1.2.2 复合式钢管混凝土柱的类型复合式钢管混凝土柱按其截面类型可分为变截面格构柱与同截面格构柱。复合式钢管混凝土柱按支柱的数目可划分为：双柱式钢管混凝土、三肢柱钢管混凝土和四肢柱钢管混凝土等，如图 1-2 所示。下文探讨的复合式钢管混凝土柱均为双柱式钢管混凝土。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U443.22

【参考文献】