【摘 要】
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随着钢管混凝土拱桥在我国的公路和铁路交通运输行业中迅猛发展,已有部分钢管混凝土拱桥出现结构失效,甚至提前退出服役,钢材锈蚀已然成为威胁桥梁结构耐久性和安全性的主要影响因素。因此,有必要开展腐蚀对钢管混凝土结构力学性能影响的研究工作。考虑到拱肋腐蚀区域主要集中在拱脚处、肋拱与吊杆连接处和肋拱顶处,针对钢管混凝土拱桥服役过程中拱肋的受力状态,设计了考虑三种局部腐蚀类型(局部腐蚀区域分别位于试件端部、中
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目《腐蚀和徐变效应下钢管砼肋拱结构性能退化与时变可靠性研究》;
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随着钢管混凝土拱桥在我国的公路和铁路交通运输行业中迅猛发展,已有部分钢管混凝土拱桥出现结构失效,甚至提前退出服役,钢材锈蚀已然成为威胁桥梁结构耐久性和安全性的主要影响因素。因此,有必要开展腐蚀对钢管混凝土结构力学性能影响的研究工作。考虑到拱肋腐蚀区域主要集中在拱脚处、肋拱与吊杆连接处和肋拱顶处,针对钢管混凝土拱桥服役过程中拱肋的受力状态,设计了考虑三种局部腐蚀类型(局部腐蚀区域分别位于试件端部、中部和两端)的圆钢管混凝土压弯构件进行试验研究,得到如下结论:(1)共进行了45个局部腐蚀圆钢管混凝土构件的压弯试验,试验参数包括腐蚀体积、腐蚀面积和腐蚀位置。分别对三种局部腐蚀类型试件进行了全过程分析。试验结果表明,三种局部腐蚀类型试件的破坏模态均为整体失稳破坏。对于局部腐蚀一端和局部腐蚀两端试件,弯曲破坏主要出现在腐蚀区域和未腐蚀区域交界处;对于局部腐蚀中部的构件,弯曲破坏出现在局部腐蚀区域中部。随着腐蚀体积的增大,三种局部腐蚀类型试件的极限承载能力均呈下降趋势;当腐蚀体积相同时,局部腐蚀两端类型构件的极限承载能力要高于其它两种类型。(2)在试验研究的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立有限元模型进行数值分析。从荷载(N)-跨中挠度(um)关系曲线和承载力两个方面着手,对比分析了模型计算结果与试验结果,验证了有限元模型的准确性,为后续试验研究及有限元计算提供借鉴。基于有限元计算结果,深入研究分析了三种局部腐蚀类型圆钢管混凝土偏压试件在受力过程中钢管与混凝土荷载分担力、钢管对核心混凝土的侧向约束力、以及应力分布情况的变化规律。(3)基于试验结果和有限元模型计算结果,提出局部腐蚀圆钢管混凝土与普通圆钢管混凝土偏压构件的承载力折减关系式,建议了局部腐蚀圆钢管混凝土构件偏压承载力计算公式,公式计算结果和试验结果吻合度较高,证实了公式的准确性;通过对不同钢材强度等级、混凝土强度、偏心率、钢管壁厚以及长细比的钢管混凝土偏压构件进行参数分析,验证了公式的适用性。该公式可用于进行不同形式的钢管混凝土偏压构件承载力计算。
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