详情

原文传递分环浇筑界面对大跨度劲性骨架混凝土拱肋静力稳定性的影响研究

论文题名：	分环浇筑界面对大跨度劲性骨架混凝土拱肋静力稳定性的影响研究
关键词：	劲性骨架混凝土拱桥;分环浇筑;拱肋结构;线弹性稳定性;稳定极限承载力
摘要：	劲性骨架混凝土拱桥刚度大、承载能力强、首次成拱难度低、造型美观，在我国公路和铁路中的应用日趋广泛。为保证施工过程结构安全性，劲性骨架混凝土拱桥通常采用分环施工的方法浇筑拱肋外包混凝土，导致在主拱圈内形成大量纵向新旧混凝土界面，成为整个结构的薄弱环节。同时，随着拱桥跨度的增大，其拱肋的静力稳定性逐渐成为控制结构设计的主要因素。因此，为研究分环浇筑外包混凝土产生的新旧混凝土界面对劲性骨架混凝土拱肋静力稳定承载力的影响机理、程度和影响规律，本文以在建的世界最大跨度拱桥—主跨600m的天峨龙滩特大桥为工程背景，结合文献调研、理论分析、有限元模拟等方法，对考虑分环浇筑界面的大跨度劲性骨架混凝土拱肋的两类静力稳定性进行了较为深入的研究。开展的研究工作及主要结论如下：　　（1）基于大量已有文献试验数据的回归分析，提出一种简化的新旧混凝土界面粘结-滑移本构模型，然后利用该模型对一个已有文献的新旧混凝土叠合梁试验进行有限元模拟，模拟结果与试验结果基本吻合，证实本文所采用的界面粘结-滑移模型的有限元实现手段和所提出的界面粘结-滑移模型具有一定的合理性和精度。　　（2）建立天峨龙滩特大桥考虑分环浇筑界面的三维实体有限元模型并进行线弹性稳定性分析，结果显示，天峨龙滩特大桥假定分环界面间完全光滑时的拱肋线弹性稳定系数比假定界面完全粘结时降低15.1%，说明分环浇筑界面的粘结-滑移可能会对此类拱结构线弹性稳定性产生一定影响，有必要精细考虑。此外，根据天峨龙滩特大桥实际结构参数确定所提粘结-滑移模型相应的粘结-滑移参数，据此分析得到的结构线弹性稳定系数仅比完全粘结模型低1.6%，表明对于天峨龙滩特大桥结构参数及其实际界面处治措施，其线弹性稳定分析可以简化地按照完全粘结的常规有限元模型进行。　　（3）建立采用不同粗糙度和植筋率的分环间界面的天峨龙滩特大桥线弹性稳定分析有限元模型进行参数分析，结果表明界面粗糙度可以提高线弹性稳定性，但提高程度有限；同时，亦发现植筋率对提高线弹性稳定性作用不大。　　（4）计入材料和几何双重非线性，对天峨龙滩特大桥主拱肋进行了考虑环间界面粘结-滑移的面内极值点稳定性分析（极限稳定承载力分析），得到主拱肋的荷载-位移全过程曲线，结果表明：拱肋的破坏模式为在靠近拱脚的立柱处截面发生破坏（本文假定一个截面破坏即认为结构达到极限状态）；外包混凝土环间界面在拱脚和各立柱附近滑移量较大，因此在设计中要注意加强立柱附近及拱脚附近外包混凝土环间界面的粘结强度。　　（5）考虑完全光滑、完全粘结和实际设计界面处理（粗糙度2mm、植筋率0.6%）三种环间界面情况，对天峨龙滩特大桥主拱肋的面内稳定极限承载力进行了深入分析。结果表明：界面完全光滑模型相比界面完全粘结模型极限承载力下降11.2%，说明界面滑移同样对结构面内稳定性极限承载力影响显著，不能忽略；考虑实际设计界面处理模型的极限承载力比通常采用的界面完全粘结模型低10.9%，说明外包混凝土环间界面按照完全粘结假设可能会高估拱肋结构的极限承载力，对实际工程是偏不安全的。　　（6）分析了界面粗糙度和植筋率等环间界面参数对结构极限承载力的影响规律，结果表明增大外包混凝土环间界面粗糙度能够提高极限承载力，但程度有限；环间界面粗糙度达到6mm后，考虑界面滑移的拱肋极限承载力已与界面完全粘结模型接近，因此建议条件允许时，实际工程中对外包混凝土环间界面进行粗糙处理时界面粗糙度应达到6mm；植筋率变化对拱肋结构的极限承载力影响不大，进而推断实际工程设计时相比于天峨龙滩特大桥可以适当减少界面植筋率，以避免材料浪费。
作者：	陈雪怡
专业：	建筑与土木工程
导师：	涂兵
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广西大学
学位年度：	2022