钢管混凝土拱肋面内徐变稳定性研究

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钢管混凝土拱结构因其质量轻、强度高、将钢管作为模架时施工方便、外形美观等特点,在工程领域中被广泛的应用,尤其是在桥梁结构中。然而,管内混凝土在持续荷载作用下,受徐变作用的影响,长期性能有所下降且结构变形会逐渐增大,钢管混凝土拱桥的长期稳定承载力会逐渐下降,但目前国内外相关学者对此类拱桥的长期面内稳定性能研究较少。本文以主跨445m的北盘江钢管混凝土劲性骨架拱桥的拱肋为研究对象,对其展开了长期稳定性能研究,并推导了钢管混凝土圆拱的相关理论公式。本文进行的主要研究工作如下:1、对国内外的钢管混凝土拱短期和长期的稳定性研究进行了综述。讨论分析了钢管混凝土柱和拱现有理论推导方法。研究结果表明,Bazant和孙宝俊推导的钢管混凝土柱的徐变稳定临界力公式有较好的准确性;目前主要由国外Pi团队和国内蒋伟、王玉银等学者对钢管混凝土圆拱的徐变稳定性理论推导进行了一定的研究,对抛物线和悬链线拱公式推导的相关报道较少。(第1、2章)2、基于能量法和龄期调整的有效模量法,推导了钢管混凝土柱的长期稳定临界力计算式,柱端约束条件类型包括:两端铰接柱、一端铰接一端固定柱、一端固定一端自由柱;借鉴现有文献方法,推导了圆弧拱受径向荷载作用下的长期稳定性计算式,并与现有公式进行对比验证。研究结果表明,徐变对钢管混凝土柱稳定临界力的影响与徐变系数有关;随着时间的增加,蒋伟和本文推导的徐变稳定临界力计算式数值逐渐下降,前期(0~100天)强度下降显著,后期下降逐渐减小;本文基于EMM徐变度模型推导的公式与Bazant的公式一致,且本文基于A-M与EMM徐变度模型推导的徐变稳定临界力计算式规律相似,差值约10%;当计算龄期为100年时,本文基于A-M与EMM徐变度模型推导的临界力与蒋伟的差值约为8.5-23%。(第3章)3、提出了一种按龄期调整的有效模量法和ANSYS相结合,进行钢管混凝土拱徐变稳定分析的简化计算方法,并验证了该方法的正确性;建立实桥北盘江特大跨拱桥无外包混凝土拱肋的有限元分析模型,结合该计算方法,对实桥拱肋的长期稳定性进行分析,研究实桥拱肋在徐变作用下稳定承载力随时间的变化规律。与现有文献中解析解结果对比可知,简化算法具有一定的准确性;劲性骨架施工到360天时,考虑徐变效应的稳定系数相对于不考虑的下降了10%;混凝土的徐变效应对结构稳定承载力的影响主要在前期阶段,后期的影响有所下降。(第4章)
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