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原文传递部分填充混凝土矩形钢管桁架力学性能及桥梁应用研究

论文题名：	部分填充混凝土矩形钢管桁架力学性能及桥梁应用研究
关键词：	矩形钢管桁架;部分填充混凝土;力学性能;桥梁应用;连续刚构桥;桁式肋拱桥
摘要：	部分填充混凝土（PartialConcreteFilled，简称PCF）矩形钢管桁架是由矩形钢管和矩形钢管混凝土组成的一种新型结构，桁架主管为钢管或钢管混凝土构件，支管为矩形钢管构件，支管与主管采用焊缝直接相贯连接，是一种新型大跨、重载结构形式，在桥梁工程中具有良好的应用前景。本文在国家西部交通建设科技项目(2006318812112)和交通部应用基础研究项目(2006319812130)的资助下，对该新型结构的力学性能和破坏机理进行了研究，并将其应用于连续刚构桥和桁式肋拱桥中，解决了该类桥梁在工程应用中的设计计算问题，为其在桥梁工程中的应用提供了理论依据。　　论文主要研究内容及研究成果如下：　　 (1)对PCF矩形钢管桁架微观单元分析模型进行了研究。基于约束混凝土的总应变裂缝本构模型，选用板壳和实体单元，利用大型通用有限元程序Midas/FEA，建立了PCF矩形钢管桁架的分析模型，对其力学性能进行分析并与试验结果对比。结果表明：有限元分析和试验结果吻合较好，文中建立的微观模型能够准确分析PCF矩形钢管桁架的力学性能，将其用于PCF矩形钢管桁架影响参数的分析是可靠的。　　 (2)对PCF矩形钢管桁架力学性能的影响参数进行了研究。考虑了支主管宽度比B和主管宽厚比Y两个参数对PCF矩形钢管桁架力学性能的影响，主要得到以下结论：支主管宽度比B对桁架破坏模式的影响较大，随着B增大桁架破坏模式由节点失效转变为杆件失效；主管宽厚比Y对桁架承载能力的影响较大，随着Y增大桁架承载能力急剧下降并逐渐趋于稳定。　　 (3)对PCF矩形钢管桁架宏观单元分析模型进行了研究。基于钢管混凝土的统一理论，推导了钢管混凝土构件塑性铰的本构关系，选用杆系塑性铰单元，利用大型通用有限元程序Midas/Civil，建立了PCF矩形钢管桁架的宏观分析模型，对其极限荷载、出铰位置和出铰顺序等进行分析。结果表明：有限元分析与试验结果吻合较好，文中建立的宏观模型能够准确把握PCF矩形钢管桁架的力学性能，将其用于PCF矩形钢管桁架桥梁的分析是可行的，有利于对桥梁弹塑性状态的分析和薄弱位置的判断。　　 (4)进行了PCF矩形钢管桁架在连续刚构桥中的应用研究。以向家坝大桥为依托，建立了PCF矩形钢管桁架连续刚构桥的有限元模型，对其静动力性能的弹性和弹塑性阶段进行分析，并对主梁混凝土填充范围进行优化。静力性能的分析表明：PCF矩形钢管桁架梁桥在跨中挠度、杆件内力和应力水平、极限承载力和塑性变形能力等方面具有一定的优势。动力性能的分析表明：PCF矩形钢管桁架梁桥的动力性能较空钢管桁架梁桥有一定程度的提高，而全部填充混凝土后梁桥动力性能有所下降。　　 (5)进行了PCF矩形钢管桁架在桁式肋拱桥中的应用研究。以石潭溪大桥为依托，建立了PCF矩形钢管桁架桁式肋拱桥的有限元模型，对其静动力性能的弹性和弹塑性阶段进行分析，并对拱肋混凝土填充范围进行优化。静力性能的分析表明：PCF矩形钢管桁架拱桥在拱顶变形、杆件内力和应力水平、极限承载力和塑性变形能力等方面具有一定的优势，但应注意刚度突变部位构造处理。动力性能的分析表明：PCF矩形钢管桁架拱桥的动力性能较空钢管桁架拱桥有所下降，但仍优于全部填充混凝土的桁架拱桥。　　 (6)填充长度对PCF矩形钢管桁架桥梁的变形、内力和应力水平均有一定的影响。当连续刚构桥填充系数取0.184—0.395，桁式肋拱桥填充系数取0.231-0.442时，桥梁在结构变形、杆件内力及应力水平均处于较优受力状态。
作者：	吝红育
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	刘永健
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文