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钢管混凝土拱肋有限元模拟方法研究
| 论文题名： | 钢管混凝土拱肋有限元模拟方法研究 |
| 关键词： | 钢管混凝土拱桥;拱肋结构;钢管约束;徐变效应 |
| 摘要： | 钢管混凝土结构是我国近年来才实施运用的一种比较新型的组合结构，能够充分发挥混凝土和钢材这两种材料各自的优势，使其在高层建筑和大跨度拱桥中得到了广泛的应用。拱肋结构有限元计算模拟是目前较为行之有效的计算方法之一，在复杂结构的计算中得到了普遍应用。大跨度钢管混凝土拱桥的建模过程比较繁琐，建模中某些细微的差异即能引起结构中应力和变形的较大变化，其有限元计算方法的选取对结构自身安全性及计算有效性有着极为重要的意义，特别是对于500米级的超大跨径钢管混凝土拱桥，选择合理的有限元模拟方法对其受力分析至关重要。故本文以合江长江一桥为工程依托，主要从以下几个方面进行研究: (1)对钢管混凝土结构在拱桥中的应用、拱肋截面的结构形式作了简单的论述，对目前钢管混凝土拱肋的有限元模拟方法及研究现状进行了概述。 (2)有限元可以较为精确的对钢管混凝土拱肋结构进行模拟，从而使得钢管混凝土这种结构形式得到广泛的发展。本文对目前钢管混凝土拱桥拱肋结构常用的几种有限元模拟方法进行了对比分析。对混凝土的徐变原理及计算方法进行了分析，并推导出了钢管混凝土轴压构件考虑钢管约束作用下的徐变计算公式。 (3)本文以合江长江一桥实际项目为工程依托，借助Midas空间有限元计算软件分别采用双单元法和联合截面法建立不同的有限元模型，对比分析了几种关键工况下两种方法得出的应力、位移响应的异同，并将双单元模型中的单元结构细分后分析所得结果。结合项目巾实测数据与联合截面计算的结果进行对比分析。得出两种有限元模拟方法所得计算结果趋势基本一致，存在一定范围内的误差，利用双单元方法建立模型时随着结构单元的细分，其所得结果将不断逼近联合截面计算结果，联合截面所得结果略大于实测结果，其误差在10％左右。 (4)由于《公路钢管混凝土拱桥设计规范》(JTG/T D65-06-2015)在计算徐变效应时考虑了钢管的约束作用，而目前通用有限元软件解决实际工程项目时未能有效的考虑这种作用。本文推导出以温度荷载等效为考虑了钢管约束作用下的徐变效应的相关公式。通过研究在联合截面下考虑钢管约束作用对徐变的影响，随着施工阶段的进行，考虑钢管约束作用的徐变效应会比不考虑小50％左右，因此在钢管混凝土拱桥徐变计算中不可忽略钢管约束作用的影响。 本文所得结论和有关成果为相关大跨度钢管混凝土拱桥的设计与施工提供一定的参考价值。 |
| 作者： | 王继祥 |
| 专业： | 土木工程；桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 孙淑红;张雪松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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