【摘要】：鋼管混凝土拱橋作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施,一旦發(fā)生失穩(wěn)破壞將造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和社會負(fù)面影響,因此,保證鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性安全性至關(guān)重要。本文以合山紅水河鋼管混凝土拱橋?yàn)楣こ瘫尘?從“材料層面”、“構(gòu)件層面”和“結(jié)構(gòu)層面”對鋼管混凝土拱橋的材料本構(gòu)關(guān)系、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力開展了系統(tǒng)的研究。研究成果對類似鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及后期結(jié)構(gòu)的優(yōu)化具有一定的參考意義。主要研究內(nèi)容及研究成果如下:(1)考慮受力過程中軸向壓縮變形和側(cè)向撓曲變形對鋼管混凝土構(gòu)件兩端距離改變量的影響,同時(shí)引入“弦割法”自適應(yīng)調(diào)整迭代參數(shù),提出了改進(jìn)的纖維模型法。結(jié)合軸壓和偏壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫,計(jì)算了荷載-變形曲線，·并通過與傳統(tǒng)的纖維模型法對比,驗(yàn)證了本文建立的改進(jìn)纖維模型法的合理性、優(yōu)越性和適用性。(2)建立了圓鋼管混凝土構(gòu)件的材料本構(gòu)關(guān)系修正模型和承載力失效判據(jù)。首先,考慮鋼管混凝土中鋼管在不同受力狀態(tài)下具有不同的力學(xué)表現(xiàn),修正了鋼管的本構(gòu)模型;然后,依據(jù)大批量試驗(yàn)數(shù)據(jù),通過回歸分析建立了核心混凝土峰值應(yīng)力、殘余應(yīng)力段系數(shù)和套箍作用折減系數(shù)的表達(dá)式,據(jù)此建立了核心混凝土的修正本構(gòu)模型。進(jìn)一步地,依據(jù)承載能力極限狀態(tài),并充分考慮不同類型鋼材力學(xué)性能指標(biāo)不同,建立了圓鋼管混凝土構(gòu)件的自適應(yīng)承載力失效判據(jù)。在此基礎(chǔ)上,依據(jù)本文的改進(jìn)纖維模型法,計(jì)算了圓鋼管混凝土軸壓、偏壓和純彎構(gòu)件的極限承載力和荷載-位移全過程曲線。最后,通過與大批量試驗(yàn)數(shù)據(jù)、搜集的圓鋼管混凝土材料本構(gòu)關(guān)系和構(gòu)件失效判據(jù)進(jìn)行對比和分析,驗(yàn)證本文建立的圓鋼管混凝土材料本構(gòu)關(guān)系和構(gòu)件承載力失效判據(jù)的精度及適用性。(3)研究建立了具有較高計(jì)算精度的圓鋼管混凝土構(gòu)件的抗彎承載力計(jì)算模型。首先,分析了鋼管混凝土受彎構(gòu)件塑性發(fā)展系數(shù)的影響因素,并利用傳統(tǒng)的纖維模型法,通過回歸分析建立了圓鋼管混凝土構(gòu)件的塑性發(fā)展系數(shù)模型,據(jù)此建立了圓鋼管混凝土構(gòu)件的抗彎承載力計(jì)算模型。然后,基于純彎試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫,與搜集的規(guī)范中的計(jì)算模型進(jìn)行了對比分析,驗(yàn)證了本文模型具有最高的計(jì)算精度。進(jìn)一步地,引入穩(wěn)定性影響,利用改進(jìn)的纖維模型法,通過回歸分析建立了圓鋼管混凝土構(gòu)件的齊次廣義屈服函數(shù)。最后,利用齊次廣義屈服函數(shù)計(jì)算構(gòu)件的承載力,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,驗(yàn)證了本文建立的齊次廣義屈服函數(shù)的精度和合理性。(4)利用線彈性迭代方法——彈性模量縮減法分析了鋼管混凝土拱橋的穩(wěn)定承載力。首先,利用本文建立的齊次廣義屈服函數(shù),建立了鋼管混凝土拱橋穩(wěn)定承載力分析的線彈性迭代方法——彈性模量縮減法,并通過與模型試驗(yàn)拱的對比分析,驗(yàn)證了本文方法具有較高的計(jì)算精度、計(jì)算穩(wěn)定性和計(jì)算效率。然后,以合山紅水河鋼管混凝土拱橋?yàn)楸尘斑M(jìn)行工程實(shí)例的應(yīng)用分析,開展了全橋主要荷載工況下的受力性能分析和溫度荷載工況下的參數(shù)分析,研究結(jié)果可為類似鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)取值提供參考。最后,基于本文建立的齊次廣義屈服函數(shù),利用彈性模量縮減法分析了合山橋在基本荷載組合下的穩(wěn)定承載力,從而評估了該橋在構(gòu)件和結(jié)構(gòu)兩個(gè)層面的安全性,為后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

（ｅ）藏木雅魯藏布江特大橋邐（ｆ）平南三橋逡逑圖１－１邋ＣＦＳＴ拱橋示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＣＦＳＴ邋ａｒｃｈ邋ｂｒｉｄｇｅ逡逑ＣＦＳＴ拱橋作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，一旦發(fā)生整體失穩(wěn)將造成巨大的生命、財(cái)產(chǎn)逡逑損失，影響社會穩(wěn)定。如１９９６年在武隆縣建成的峽門口烏江二橋，由于脫空缺陷導(dǎo)致逡逑該橋的承載力安全性不足而被宣布報(bào)廢拆除，該橋使用時(shí)間不足８年［１］，如圖２（ａ）所示；逡逑２００２年建成通車的合川市合陽嘉陵江大橋，，由于主拱肋灌注不密實(shí)，為保證結(jié)構(gòu)整體安逡逑全，目前該橋行車通行量少，大型貨車更是嚴(yán)禁通過［２］，如圖２（ｂ）所示；此外，還有因逡逑整體承載力不足而導(dǎo)致的安全事故，如圖２（ｃ）、（ｄ）所示。由此可見，研宄分析ＣＦＳＴ拱逡逑橋的整體承載力對于ＣＦＳＴ拱橋的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與施工控制具有重要意義。且隨著ＣＦＳＴ逡逑拱橋跨徑的逐漸增大，保證ＣＦＳＴ拱橋結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定安全更為重要。逡逑２逡逑

圖１－３本文研究路線圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｒｏａｄｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｉｓ邋ｐａｐｅｒ逡逑１．３．３創(chuàng)新點(diǎn)逡逑（１）從材料層面出發(fā)，充分考慮不同型號鋼管延展性能的差異，依據(jù)承載能力極逡逑限狀態(tài)，引入鋼管應(yīng)變強(qiáng)化段的影響，建立了圓鋼管混凝土（ＣＦＳＴ）構(gòu)件的極限承載力失逡逑效判據(jù)，計(jì)算的軸壓、偏壓和抗彎承載力與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，相比于搜集的其他失效逡逑判據(jù)，能更加準(zhǔn)確預(yù)測材料參數(shù)不同的ＣＦＳＴ構(gòu)件的承載力。同時(shí)，根據(jù)大批量試驗(yàn)數(shù)逡逑據(jù)，重新擬合了邋ＣＦＳＴ構(gòu)件核心混凝土的峰值應(yīng)力、殘余變形系數(shù)和套箍作用折減系數(shù)逡逑等參數(shù)的計(jì)算表達(dá)式，建立了邋ＣＦＳＴ材料本構(gòu)關(guān)系模型，計(jì)算曲線與軸壓、純彎和偏壓逡逑構(gòu)件的試驗(yàn)曲線均能較好吻合，且較搜集的其他本構(gòu)關(guān)系而言計(jì)算精度更高。逡逑（２）考慮軸壓中、長柱和偏壓柱在受壓過程中的軸向壓縮變形和側(cè)向撓曲變形引逡逑起的桿端距離改變，改進(jìn)了傳統(tǒng)的纖維模型法理論，同時(shí)采用“弦割法”對算法進(jìn)行優(yōu)逡逑化，建立了高精度和高計(jì)算效率的改進(jìn)纖維模型法。改進(jìn)的纖維模型法克服了傳統(tǒng)纖維逡逑１０逡逑
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U448.22

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本文編號：2625756