鋼筋混凝土肋拱二階設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、現(xiàn)今，對(duì)于大跨徑拱橋均開始考慮幾何、材料非線性影響，按二階彈塑性理論進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。對(duì)于大量的中、小跨徑的拱橋，設(shè)計(jì)時(shí)仍按規(guī)范中提出的簡(jiǎn)便的近似方法來考慮二階效應(yīng)，即將拱肋視為偏心受壓構(gòu)件，引入偏心增大系數(shù)η來考慮拱肋變形對(duì)內(nèi)力的影響。在設(shè)計(jì)規(guī)范中，偏心距增大系數(shù)計(jì)算方法是按無側(cè)向荷載的兩端等偏心距受壓柱彈性穩(wěn)定理論建立，并根據(jù)試驗(yàn)資料進(jìn)行剛度修正而提出來的。因其未考慮拱橋特殊的結(jié)構(gòu)形式，特殊的受力特點(diǎn)，故不能恰當(dāng)?shù)胤从彻敖Y(jié)構(gòu)變形對(duì)各截面

2、內(nèi)力的影響。在拱結(jié)構(gòu)中，偏心增大系數(shù)的影響因素更多，更復(fù)雜。研究鋼筋混凝土肋拱的偏心增大系數(shù)在中小跨徑拱橋設(shè)計(jì)中具有現(xiàn)實(shí)意義，而國(guó)內(nèi)外對(duì)此研究較少，因此有必要對(duì)鋼筋混凝土肋拱的偏心增大系數(shù)進(jìn)行專門研究，提出簡(jiǎn)便、合理及適用的鋼筋混凝土肋拱的二階設(shè)計(jì)方法。針對(duì)工程中常見的懸鏈線、拋物線及圓弧線無鉸拱，本文就以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究。 對(duì)不同約束條件及荷載形式的拋物線曲桿的彈性極限狀態(tài)進(jìn)行了分析，在一些假設(shè)基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出與偏壓直桿類似

3、的控制截面彎矩增大系數(shù)表達(dá)式；從拱的撓度理論出發(fā)，在一些假設(shè)基礎(chǔ)上，得到豎向均布力及拱頂集中力作用下，拋物線無鉸拱拱腳截面及兩鉸拱拱頂截面與偏壓直桿類似的彎矩增大系數(shù)表達(dá)式?？梢钥闯鰪澗卦龃笙禂?shù)隨軸力增大而增大，且與約束條件及荷載形式相關(guān)，拱結(jié)構(gòu)彎矩增大系數(shù)與偏壓直桿彎矩增大系數(shù)有較大差別。 利用非線性有限元方法，采用位移擾動(dòng)，對(duì)拱結(jié)構(gòu)整個(gè)受載過程進(jìn)行跟蹤分析，考慮拱屈曲前的非線性變形，分析了矢跨比、跨徑及矢高與回轉(zhuǎn)半徑的比值變

4、化對(duì)拱結(jié)構(gòu)屈曲臨界力的影響，認(rèn)為拱結(jié)構(gòu)考慮二階效應(yīng)的屈曲臨界力與線性屈曲臨界力的比值Ns/Ncr，隨著矢跨比的減小而減小，隨著跨徑的增大而增大，隨著矢高與回轉(zhuǎn)半徑的比值的增大而增大。重點(diǎn)討論了坦拱矢高與回轉(zhuǎn)半徑的比值對(duì)屈曲形式(對(duì)稱屈曲、反對(duì)稱屈曲)的影響，對(duì)于矢跨比較大的陡拱，屈曲形式多是反對(duì)稱分支屈曲，拱結(jié)構(gòu)考慮二階效應(yīng)的屈曲臨界力與彈性屈曲臨界力基本接近；對(duì)于無鉸拱，到達(dá)臨界點(diǎn)后，承載力開始緩慢降低；對(duì)于兩鉸拱，到達(dá)臨界點(diǎn)后，承載

5、力可能會(huì)緩慢上升一段后才開始下降。 指出彈性穩(wěn)定理論中的計(jì)算長(zhǎng)度與η-l0法中的計(jì)算長(zhǎng)度概念的不同。拱的失穩(wěn)撓曲線與實(shí)際荷載作用下拱的撓曲線形狀往往并不相同，將拱的彈性失穩(wěn)的計(jì)算長(zhǎng)度用于計(jì)算二階彎矩的η值公式，不能得出正確的結(jié)果，由此提出拱的當(dāng)量長(zhǎng)度的概念。拱結(jié)構(gòu)當(dāng)量長(zhǎng)度的主要影響因素為：矢跨比、荷載比(H/Hc)及幾何長(zhǎng)細(xì)比(S/rw)。對(duì)于矢跨比、拱軸系數(shù)相同的懸鏈線無鉸拱，荷載比一定時(shí)，無論跨徑變化還是截面變化，只要拱結(jié)構(gòu)

6、幾何長(zhǎng)細(xì)比(S/rw)不變，控制截面的當(dāng)量長(zhǎng)度系數(shù)就保持不變。通過對(duì)1080個(gè)拱肋模型進(jìn)行非線性有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果，得到不同荷載形式及不同矢跨比條件下，當(dāng)量長(zhǎng)度系數(shù)與幾何長(zhǎng)細(xì)比之間形如“y=A+Be(Cx)”的函數(shù)關(guān)系式。 通過對(duì)國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及一些學(xué)者關(guān)于鋼筋混凝土偏壓構(gòu)件截面有效剛度的計(jì)算方法進(jìn)行分析比較，指出各個(gè)計(jì)算公式的優(yōu)、缺點(diǎn)。最后綜合各有效剛度計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)，在一組既有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)擬合，提出新