鋼管混凝土系桿拱橋主體結(jié)構(gòu)和局部拱腳相關(guān)因素分析.pdf

1、鋼管混凝土拱橋是90年代以來發(fā)展較快的一種新型橋型，具有承載力高、抗壓、剪、塑性好，施工方便、經(jīng)濟效應(yīng)好等優(yōu)點，在我國得到了廣泛的應(yīng)用和迅速發(fā)展，目前正在向大跨徑、大規(guī)模方向發(fā)展。至今，已竣工并投入使用的鋼管混凝土拱橋達三百多座，其中提籃拱因為能大幅提高拱肋平面外的橫向穩(wěn)定效果而備受歡迎。
　　論文以某跨徑80m的鋼管混凝土提籃式系桿拱橋為背景，借助大型通用有限元計算軟件MIDAS/CIVIL對該鋼管混凝土系桿拱橋進行整體建模,首

2、先進行施工階段分析，主要是分析施工階段系梁和拱肋的變形、內(nèi)力和應(yīng)力。其次對全橋整體結(jié)構(gòu)進行不同荷載下(恒荷載、移動荷載、溫度變化)的變形、內(nèi)力和應(yīng)力分析，圖表說明變化規(guī)律；最后對影響全橋主體結(jié)構(gòu)(拱肋、系梁)的相關(guān)因素進行對比分析，并對局部拱腳進行分析，得到相關(guān)變化規(guī)律，具體研究內(nèi)容如下：
　　1.查閱鋼管砼拱橋的有關(guān)資料，概括了鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)形式及力學(xué)特點。
　　2.闡述了鋼管混凝土拱橋的計算理論及有限元仿真方法，熟

3、悉本文建模所需的MIDAS/CIVIL有限元軟件相關(guān)部分的計算原理和操作步驟。
　　3.以下承式系桿拱橋為背景，結(jié)合施工過程對全橋進行了結(jié)構(gòu)有限元分析，建立鋼管混凝土拱橋全橋有限元模型，利用結(jié)構(gòu)有限元計算軟件 Midas/Civil對該橋進行全橋有限元模擬的空間力學(xué)分析。
　　4.進行施工階段分析，對各種荷載下的內(nèi)力及應(yīng)力分布做了直觀的圖表分析及說明，考慮到拱肋由兩種材料構(gòu)成，為了能夠明確查看到計算結(jié)果是否合理，在定義了施工

4、階段后，再定義施工階段聯(lián)合界面，分別查看鋼材和混凝土的計算結(jié)果，通過模型計算得出在施工階段和成橋階段系梁和拱肋各自在其控制截面的內(nèi)力值。
　　5.通過全橋分析得到以下結(jié)論：拱肋軸力變化大致均勻拱肋各個截面全截面受壓;拱肋彎矩變化不均勻,拱腳處最大,整個拱肋彎矩關(guān)于跨中對稱；拱肋剪力在拱腳處最大,在有吊桿的位置剪力發(fā)生突變,整個拱肋剪力關(guān)于跨中反對稱；系梁軸力變化大致均勻,在拱腳的位置最大，系梁考慮了預(yù)應(yīng)力的作用全截面受壓；系梁彎矩

5、變化不均勻,跨中彎矩值達到正的最大值,拱腳彎矩值達到負的最大值,整個系梁彎矩關(guān)于跨中對稱；系梁剪力在拱腳處最大。
　　6.對影響全橋結(jié)構(gòu)分析的相關(guān)因素進行了選擇性分析，分別通過考慮有無收縮徐變、是否考慮應(yīng)力歷史、不同規(guī)范下拱肋剛度取值對結(jié)構(gòu)的影響等方面來分析相關(guān)因素對結(jié)構(gòu)的影響，通過對比分析，得出相應(yīng)的結(jié)論，為鋼管混凝土拱橋的實際設(shè)計和施工提供一定的參考。
　　7.通過建立拱腳局部模型，對影響局部模型結(jié)果的相關(guān)因素進行了對比

6、分析，通過分析，得出以下相關(guān)結(jié)論：
　　對于拱肋和系梁的連接部位，分別采用倒圓角、倒直角和鈍角三種不同方式時，通過對比第一、二、三主應(yīng)力，建議在實際施工中采用第一種直接倒圓角的方式。三種情況下拱肋、系梁變形相差不大，表明倒角形式對局部的變形沒有太大影響；
　　不同標號下混凝土主壓應(yīng)力和主壓應(yīng)力變化趨勢基本一致，混凝土最大主拉應(yīng)力隨著強度的提高而減小，最大主壓應(yīng)力隨著強度的提高而增大；不同標號下拱腳混凝土總變形和豎向變形變化趨

7、勢基本一致，拱腳附近總變形都是隨著混凝土強度的提高而減小，拱腳附近豎向變形也都是隨著混凝土強度的提高而減??；
　　在配置構(gòu)造鋼筋后，由于構(gòu)造鋼筋承擔了一部分內(nèi)力，故結(jié)構(gòu)總變形和豎向變形都比之前要小。配筋后混凝土的主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力有所減小，但數(shù)值變化較小，且主拉、壓應(yīng)力范圍區(qū)域變化不大，表明構(gòu)造鋼筋可以在一定程度上降低砼的主應(yīng)力，但效果不明顯。亦表明，在拱腳拱座設(shè)計時，此部位鋼筋按構(gòu)造要求配筋，并通過控制裂縫寬度來復(fù)核的方法較合理