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钢管混凝土系杆拱桥极限承载力研究
| 论文题名： | 钢管混凝土系杆拱桥极限承载力研究 |
| 关键词： | 钢管混凝土系杆拱桥;钢管混凝土;复合梁单元;几何和材料非线性;极限承载力 |
| 摘要： | 钢管混凝土系杆拱桥是一种近年来得到广泛应用的桥梁结构型式,它充分利用了钢管混凝土材料抗压强度高、延性好的工作特点.但是,该类桥梁由于实践先于理论发展,在应用过程中出现了一些问题.因此,有必要对该类桥梁结构开展更为深入的研究.该文首先简单回顾了钢管混凝土材料及钢管混凝土结构的发展历程,对目前的设计方法进行了简要的介绍,提出进行钢管混凝土系杆拱桥极限承载力分析的必要性及亟待解决的问题.作为一种组合材料,钢管混凝土结构的极限承载力高于钢筋混凝土结构,这是由于钢管和核心混凝土之间的紧箍作用所致.商业软件很难模拟这种组合效应,同时,也难以模拟混凝土材料的破坏以及截面形心的变化,因此,需要进行相应的软件开发工作.基于非线性有限元法的基本原理,建立了空间和平面复合梁单元,并通过对多种材料(尤其是混凝土)本构模型的对比分析,选取了钢管和核心混凝土的本构关系,在此基础上,开发出用于钢管混凝土系杆拱桥极限承载力分析的软件——ORIX,在开发过程中进行了大量的测试工作.以钱江四桥的建设为背景,开展了钢管混凝土构件工作性能以及钢管混凝土哑铃形截面组合式拱肋的极限承载力试验研究,这在国内尚属首次.以ORIX为工具进行模型拱肋的分析,结果与试验吻合得很好,说明ORIX能够满足钢管混凝土拱结构非线性分析的需要.结合试验结果,该文还对试验模型拱肋极限承载力的影响因素进行了分析,获得了对钢管混凝土哑铃形截面拱肋的较为深入和全面的认识.在前面工作的基础上,采用ORIX对两座钢管混凝土桁式拱肋系杆拱桥进行了极限承载力分析.首先,通过对嵊州曹娥江桥的分析,对桁式钢管混凝土组合拱肋的极限承载能力获得了初步的认识.对钱江四桥的分析则力求全面.首先从结构体系出发,通过分析结构在不同施工阶段和多个使用荷载工况下的一类屈曲稳定性分析,分析了结构的整体工作性能.利用该文开发的软件,建立空间模型,进行了考虑几何和材料双重非线性的极限承载力分析.并通过结构参数的敏感性分析阐述了在多种荷载工况下钢管混凝土系杆拱桥进入极限承载阶段时的工作特点以及其影响因素,为该类桥梁的设计提供了有意义的参考. |
| 作者： | 曾国锋 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 范立础 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学 |
| 学位年度： | 2003 |
| 正文语种： | 中文 |
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