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原文传递超大跨上承式钢管混凝土拱桥非线性稳定及简化计算方法研究

论文题名：	超大跨上承式钢管混凝土拱桥非线性稳定及简化计算方法研究
关键词：	上承式钢管混凝土拱桥;非线性稳定;承载能力;简化计算
摘要：	钢管混凝土拱桥具有承载力高、塑性和韧性好、结构刚度大等优点，是跨越深沟峡谷极具竞争力的桥型。随着钢管混凝土拱桥跨径的不断增大，长细比不断增大，结构相对刚度较小，非线性稳定问题突出。开展超大跨钢管混凝土拱桥施工、运营生命周期全过程非线性稳定性能研究，对于掌握超大跨拱桥建造与服役安全，具有重要的科学研究意义与工程实用价值。　　本文以世界最大跨上承式钢管混凝土拱桥——乌江特大桥（主跨475m）为工程依托，以有限元仿真分析为基础，结合乌江特大桥施工建造全过程，开展超大跨钢管混凝土拱桥非线性稳定研究，揭示拱肋混凝土灌注顺序、拱上建筑施工顺序、拱上建筑连接形式等因素对大跨拱桥稳定性的影响规律，提出承载能力简化计算方法，为超大跨钢管混凝土拱桥承载力计算提供依据。本文主要研究内容及结论如下：　　（1）对比了钢管混凝土拱肋模拟方法和稳定承载力计算方法，结合世界最大跨上承式钢管混凝土拱桥施工建造全过程，建立了考虑施工过程的三维有限元模型，开展了大跨钢管混凝土拱桥施工、成桥阶段非线性稳定性能分析，揭示了荷载分布形式、几何非线性以及材料非线性对结构稳定性能的影响规律。结果表明：结构稳定系数在拱肋混凝土灌注过程中变化较大，拱上建筑对结构稳定性影响显著；在成桥阶段，相对于弹性稳定分析，考虑几何非线性、材料非线性、双重非线性，结构稳定系数分别降低1%、36%、51%，几何非线性和材料非线性存在耦合作用。　　（2）开展了超大跨钢管混凝土拱桥稳定性影响参数分析，揭示了拱肋混凝土灌注顺序、拱上建筑施工顺序、拱上建筑连接形式等因素对大跨拱桥稳定性的影响规律，提出了基于稳定性最优的拱肋混凝土灌注顺序、拱上建筑施工顺序。结果表明：基于稳定性最优的拱肋混凝土灌注顺序为先内侧后外侧、先上弦后下弦；在拱脚到L/4之间加载，结构稳定系数增大，在L/4到拱顶加载，结构稳定系数减小；由拱顶向拱脚对称安装拱上建筑对立柱受力更有利，由拱脚到拱顶的安装顺序对结构稳定性更为有利。　　（3）对比了国内、美国和日本规范关于等效计算长度的取值，以及国内规范关于钢管混凝土拱桥稳定承载力的计算方法，采用等效梁柱法和有限元法计算了不同矢跨比、长细比、含钢率以及荷载作用形式下的钢管混凝土拱桥稳定承载力，并考虑矢跨比和含钢率等因素的影响，对稳定承载力计算公式进行了修正。结果表明：美国规范与日本规范关于等效计算长度的取值相近，等效计算长度取0.36S与美国规范和日本规范更为接近；在不同矢跨比、长细比、含钢率以及荷载作用下，按《钢管混凝土拱桥技术规范》（GB50923-2013）计算的稳定承载力为有限元计算值的0.5~0.9倍，采用修正公式的计算结果为有限元计算值的0.85~1.0倍，修正公式能有效提高大跨钢管混凝土拱桥稳定承载力计算精度。
作者：	胡立飞
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	陈悦;周建庭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022