大跨中承式鋼管混凝土拱橋靜力及抗震性能.pdf

1、鋼管混凝土以其抗壓承載力高、可實現(xiàn)自架設(shè)施工等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于拱橋的建造。目前國內(nèi)外不僅沒有關(guān)于鋼管混凝土拱橋設(shè)計施工的規(guī)范、規(guī)程，即便現(xiàn)有的橋梁規(guī)范其適用跨徑也不超過200m，無法滿足鋼管混凝土拱橋向大跨度發(fā)展的需要。對鋼管混凝土拱橋的靜、動力性能進行系統(tǒng)研究，為設(shè)計和施工提供可靠的理論依據(jù)具有重要意義。
　　本文通過大型有限元分析軟件ANSYS，對大跨中承式鋼管混凝土拱橋的靜力及抗震性能進行了深入的理論分析，主要包括以下幾部分

2、內(nèi)容：
　?。?）采用鋼管混凝土統(tǒng)一理論組合力學(xué)性能指標，結(jié)合ANSYS程序的建模功能，詳細論述了大跨鋼管混凝土拱橋算例有限元建模過程中材料模型及各結(jié)構(gòu)構(gòu)件單元類型的選取，用經(jīng)典算例及他人的試驗結(jié)果、理論分析結(jié)果進行驗證，建立了大跨中承式鋼管混凝土拱橋空間有限元模型。
　　（2）將自振特性分析與彈性穩(wěn)定性分析方法相結(jié)合，綜合考慮動力特性及彈性穩(wěn)定性兩方面因素，研究了荷載工況以及矢跨比、拱肋內(nèi)傾角、橫撐布置等主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對大跨

3、中承式鋼管混凝土拱橋性能的影響。研究表明，設(shè)計荷載作用下，隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定系數(shù)與自振頻率呈現(xiàn)不盡相同的變化規(guī)律，單純依據(jù)自振特性分析結(jié)果評價結(jié)構(gòu)參數(shù)取值的合理性，其結(jié)論不全面。
　?。?）考慮幾何與材料雙重非線性，分別針對全橋模型在橋面上施加設(shè)計荷載和拱圈簡化模型在拱肋上以吊桿集中力方式施加橋面系荷載兩種模式，深入研究了大跨中承式鋼管混凝土拱橋在設(shè)計荷載作用下的失穩(wěn)全過程，重點對比分析了橋面系非保向力作用在結(jié)構(gòu)由加載

4、直至破壞全過程中對結(jié)構(gòu)靜力穩(wěn)定性能的影響。分析表明，設(shè)計荷載作用下結(jié)構(gòu)一般發(fā)生極值點失穩(wěn)；非保向力作用對結(jié)構(gòu)面內(nèi)外剛度均有較大貢獻，考慮非保向力作用與否對結(jié)構(gòu)彈性階段承載力及彈塑性穩(wěn)定系數(shù)均有較大影響；非線性因素對結(jié)構(gòu)靜力穩(wěn)定性影響顯著，彈性穩(wěn)定系數(shù)明顯高于彈塑性穩(wěn)定系數(shù)，且二者的比值不宜做定值考慮。
　?。?）對大跨中承式鋼管混凝土拱橋進行了多遇地震作用下的彈性時程分析，研究了幾何非線性、行波效應(yīng)、地震動輸入維數(shù)等因素及矢跨比、

5、拱肋內(nèi)傾角和橫撐布置等結(jié)構(gòu)參數(shù)對多遇地震作用下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。研究表明，對跨度超過300m的大跨鋼管混凝土拱橋進行抗震驗算時宜考慮幾何非線性的影響；場地條件為中軟場地土?xí)r，行波效應(yīng)對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響隨場地條件、地震動頻譜特性、結(jié)構(gòu)動力特性、截面位置和響應(yīng)的不同而不同；當行波波速超過1200m/s-1500m/s時，行波效應(yīng)對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響減小，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)值趨于一致激勵時的響應(yīng)值。
　　（5）對大跨中承式鋼管混凝土拱橋進