中承式鋼管混凝土拱橋考慮材料延性的抗震動力性能研究.pdf

1、中承式拱橋是一種常見的拱橋橋型，而鋼管混凝土作為一種具有良好延性的材料已被廣泛應用于中承式拱橋中，而研究這種材料對中承式拱橋動力性能的影響是十分必要的。
　　本文以鋼管混凝土構(gòu)件在反復荷載作用下的試驗結(jié)果為依據(jù)，建立了由鋼材和混凝土組合而成的復合梁單元有限元模型，并通過大量構(gòu)件的數(shù)值分析，回歸出鋼管混凝土材料整體的應力－應變本構(gòu)關(guān)系公式，得到了試驗結(jié)果的驗證。在該本構(gòu)關(guān)系的基礎上，對茅草街大橋的動力性能進行了分析。
　　1、

2、通過復合單元法形成了以鋼材和混凝土組成的鋼管混凝土構(gòu)件有限元模型，以該模型進行往復荷載作用下的鋼管混凝土構(gòu)件計算，所得結(jié)果于試驗結(jié)果進行比較吻合較好，也說明鋼管混凝土具有良好地延性。
　　2、在此基礎上，利用復合梁單元計算了單拱肋在順橋向、豎向以及橫橋向反復荷載作用下的力－位移骨架曲線和彎矩－曲率滯回曲線，并分析了影響單拱肋滯回性能的各種因素，并給出了相應的圖表，可為鋼管混凝土拱橋動力分析提供一定的參考。
　　3、由于拱肋在

3、空間上為各向不同的幾何形狀，無法建立統(tǒng)一的力－位移模型或彎矩－曲率模型，因此在計算結(jié)果中提取出相應的應力和應變，通過回歸得出鋼管混凝土拱肋的應力－應變本構(gòu)關(guān)系公式，以該公式計算所得的拱肋彎矩－曲率骨架曲線和力－位移骨架曲線與復合梁單元所得結(jié)果基本吻合，說明該本構(gòu)關(guān)系合理，有效。利用此應力－應變關(guān)系，以統(tǒng)一理論概念為基礎形成截面統(tǒng)一的切線剛度矩陣，建立3維非線性梁單元來模擬鋼管混凝土拱肋。
　　4、利用大型有限元程序ANSYS建立了

4、茅草街大橋的有限元模型，拱肋采用回歸所得的應力-應變本構(gòu)關(guān)系，對該模型進行了地震時程反應分析，并對拱肋材料非線性模型和線性模型所得結(jié)果進行了比較。得出對于大跨度中承式鋼管混凝土拱橋在地震荷載作用下拱肋材料在面外先進入非線性，在抗震設計中應予以關(guān)注。
　　5、采用大質(zhì)量法對茅草街大橋模型進行了同步激勵和行波激勵兩種輸入模式的地震反應分析，并在模型中引入了拱肋材料的非線性，得出兩種輸入模式下拱肋在各個方向的位移、彎矩軸力對比，行波輸入

5、的地震反應均大于一致激勵輸入的地震反應。對同節(jié)點地震反應時程曲線的比較得出由于行波效應的存在使得結(jié)構(gòu)各點的振動不同步，與一致激勵相比發(fā)生了較大的變化。
　　6、分析了橫撐布置與橋面系對中承式鋼管混凝土拱橋地震響應的影響，得出最大的影響因素是橋面系，橋面系的存在使得拱肋地震彎矩、位移響應大大增加。此外橫撐的存在使得拱肋面內(nèi)彎矩、順橋向位移、豎向位移有一定變化，但主要影響的是拱肋面外彎矩和位移，橫撐的存在對拱橋整體抗震性能來說既有有利