【摘要】：外包鋼板、內(nèi)填混凝土的鋼管混凝土型高性能鋼-混凝土組合橋塔內(nèi)部設(shè)置隔板將其分割成多個格室并設(shè)置PBL剪力連接件,在軸心受壓情況下,受力較為復(fù)雜。本文依托國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0701202):“城市橋梁、停車設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)體系及工程示范”和中國交通建設(shè)股份有限公司科技研發(fā)項目(2014-ZJKJ-PTJC03):“高性能鋼-混凝土組合橋塔關(guān)鍵技術(shù)研究”,為了研究單、多格室組合橋塔軸心受壓極限承載力之間的關(guān)系,選取相同尺寸格室組成等格室單、雙、三格室I形、三格室L形的模型,采用數(shù)值分析方法研究單、多格室試件鋼材對混凝土的約束效應(yīng)。具體研究工作包括以下四個部分:(1)采用ABAQUS 2016有限元軟件對文獻(xiàn)[56]中單格室PBL加勁型方鋼管混凝土短柱軸心受壓試件建模分析,計算所得極限承載力和關(guān)鍵點荷載-應(yīng)變曲線與試驗結(jié)果進(jìn)行了對比,有限元計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好,驗證有限元模擬方法的正確性。分析了單格室試件軸心受壓全過程中開孔鋼板加勁肋的受力情況,提出了橫向變形最不利處開孔鋼板加勁肋開孔的設(shè)置方法。(2)采用經(jīng)過驗證的有限元建模方法,建立了設(shè)置開孔鋼板加勁肋的等格室單格室、多格室鋼-混凝土組合橋塔模型,以格室數(shù)量、格室尺寸、約束條件為參數(shù),對多格室鋼-混凝土組合橋塔模型在軸心受壓下的極限承載力、破壞模式、變形特征、外包鋼板與混凝土之間的約束作用以及格室間的約束作用進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明:在軸心受壓工況下,單格室試件外包鋼板對核心混凝土的約束作用最強,隨著格室數(shù)量增加,外包鋼板對核心混凝土的約束作用減弱;在三格室試件中,L形試件外包鋼板對核心混凝土的約束作用更強。外包鋼板的寬厚比k越大,試件的軸壓剛度越大,外包鋼板對核心混凝土的約束作用越弱。格室間的隔板上某一點只能向同一方向變形,不能同時起到約束兩側(cè)格室的作用,多格室的試件雖然承載力不能成倍增加,但其中間隔板仍能起到對壁板局部屈曲的緩解和對混凝土的約束作用,其承載力大于鋼材與混凝土簡單疊加得到的承載力。(3)以某小型多格室高性能鋼-混凝土組合橋塔為例,采用經(jīng)驗證的有限元模擬方法進(jìn)行數(shù)值計算,結(jié)果表明:該組合橋塔在軸心受壓承載力作用下,峰值承載力比鋼、混凝土簡單疊加承載力提高了25%,核心混凝土承載力提高系數(shù)也達(dá)到了1.94。(4)本文將有限元計算的單格室、多格室試件和多格室高性能鋼-混凝土組合橋塔極限承載力結(jié)果,與相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了對比。結(jié)果表明:美國規(guī)范(ASI/AISC341-10)與歐洲規(guī)范EC4(2004)結(jié)果相近最為保守;中國規(guī)范《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB50936-2014)相對保守;文獻(xiàn)[56]提出PBL加勁型方鋼管混凝土柱軸心受壓承載力的計算方法,計算結(jié)果與有限元結(jié)果對比較為吻合,但出于實際工程中的安全考慮,可依據(jù)工程情況需要,結(jié)果乘以相應(yīng)的安全系數(shù)。本文的創(chuàng)新點為:(1)以格室為單位對多格室鋼-混凝土組合橋塔進(jìn)行軸心受壓性能的研究。(2)分析了單格室試件軸心受壓全過程中開孔鋼板加勁肋的受力情況,提出了橫向變形最不利處開孔鋼板加勁肋的設(shè)置方法。(3)以格室數(shù)量、格室尺寸、約束條件為參數(shù),分析單格室、多格室模型軸心受壓性能及格室間的約束作用。(4)討論可應(yīng)用于實際工程中多格室高性能鋼-混凝土組合橋塔軸心受壓承載力設(shè)計中的合理計算方法。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U443.38
【圖文】：

這是我國第一座鋼管混凝土橋塔的斜拉橋[4]。2001 年建成的重慶萬州萬安橋兩座斜拉橋橋塔均采用鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)[5]。2013 年劉家峽黃河大橋建成其鋼管混凝土橋塔是目前我國直徑最大的鋼管混凝土橋塔，且是鋼管混凝土結(jié)第一次應(yīng)用于在懸索橋橋塔[6]。目前建成的鋼管混凝土組合橋塔中，多以圓形或形單格室為主，偶有多肢結(jié)構(gòu)。隨著組合結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，組合結(jié)構(gòu)在橋塔中用不斷豐富，組合結(jié)構(gòu)橋塔將會以更加復(fù)雜的形式應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)中，具有更闊的前景[7]。a.阿拉米羅大橋（西班牙） b.南海紫洞大橋（中國）

1/22 2 21 2 2 3 3 123i，鋼材的切線模量sE 恒定，為線性的應(yīng)力-應(yīng)變模量逐漸減小，由彈性階段的 ，至進(jìn)入屈服據(jù)經(jīng)典塑性力學(xué)[73]，此階段屈服應(yīng)力與塑性應(yīng)pi iH d—混凝土立方體抗壓強度——與pi有關(guān)的函數(shù)。服時滿足 Von-Mises 屈服準(zhǔn)則，則屈服面的方1/22 2 21 2 2 3 3 122H 3mm 厚鋼材yf 414MPa，4mm 厚鋼材 46化應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖 2.2 所示，其中:pf 為鋼材強度，uf 為鋼材的抗拉強度， 0.8 /e y sf E ，1e

圖 2.3 混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系示意圖Fig. 2.3 Stress-strain curve of concrete2.2.3 單元類型與網(wǎng)格劃分試件的模型分為外包鋼板、加勁肋鋼材和核心混凝土三部分，外包鋼板和加勁肋鋼材采用同種材料，均采用 4 節(jié)點四邊形線性縮減積分殼單元（C4R）；核心混凝土采用 8 節(jié)點六面體線性減縮積分實體單元（C3D8R）。各部件按實際試驗中尺寸建模。網(wǎng)格劃分時，網(wǎng)格劃分的精細(xì)程度，對計算結(jié)果的準(zhǔn)確性有一定影響，但網(wǎng)格劃分越精細(xì)對計算機的硬件要求也提高，結(jié)合實際情況，核心混凝土采用30mm×30mm 的網(wǎng)格，外包鋼板及內(nèi)部加勁肋采用 10mm×10mm 的網(wǎng)格進(jìn)行劃分。網(wǎng)格劃分采用結(jié)構(gòu)劃分方式，保證網(wǎng)格劃分結(jié)果合理均勻，避免出現(xiàn)畸變的網(wǎng)格，使模型計算容易收斂，同時保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。構(gòu)件網(wǎng)格劃分如圖 2.4 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉永健;李慧;張寧;劉君平;孫曉博;;PBL加勁型矩形鋼管混凝土界面粘結(jié)-滑移性能[J];建筑科學(xué)與工程學(xué)報;2015年05期

2 劉永健;程高;張寧;張俊光;;開孔鋼板加勁型方鋼管混凝土軸壓短柱試驗研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報;2014年10期

3 黃福云;陳寶春;李建中;俞冠;;有初應(yīng)力的鋼管混凝土格構(gòu)柱軸壓試驗研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報;2013年11期

4 趙均海;徐堅鋒;李艷;;帶肋薄壁方鋼管混凝土軸壓短柱的極限承載力[J];混凝土;2013年09期

5 劉永健;張寧;張俊光;;PBL加勁型矩形鋼管混凝土的力學(xué)性能[J];建筑科學(xué)與工程學(xué)報;2012年04期

6 聶建國;陶慕軒;吳麗麗;聶鑫;李法雄;雷飛龍;;鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁研究新進(jìn)展[J];土木工程學(xué)報;2012年06期

7 蔡健;左志亮;謝小東;陳映瑞;陳慶軍;;帶約束拉桿異形截面鋼管內(nèi)核心混凝土等效單軸本構(gòu)關(guān)系[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報;2011年12期

8 劉林林;屠永清;葉英華;;多室式鋼管混凝土T形短柱軸壓性能試驗研究[J];土木工程學(xué)報;2011年10期

9 劉永健;張俊光;徐開磊;姚文奇;孫超;;設(shè)縱肋鋼箱混凝土軸壓短柱試驗研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報;2011年10期

10 Brian Uy;;不銹鋼管混凝土短柱及細(xì)長柱的性能[J];鋼結(jié)構(gòu);2011年03期

相關(guān)會議論文 前1條

1 王銀輝;顧安邦;杜柏松;屈國才;;鋼管混凝土空間桁架斜拉橋的頂推施工控制[A];中國公路學(xué)會’2001學(xué)術(shù)交流論文集[C];2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 曹兵;組合異形鋼管混凝土柱軸心受壓性能研究[D];武漢理工大學(xué);2015年

2 張俊光;PBL加勁型方鋼管混凝土軸壓柱受力性能試驗研究[D];長安大學(xué);2012年

3 楊遠(yuǎn)龍;T形組合柱力學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

4 左志亮;帶約束拉桿異形截面鋼管混凝土短柱的受壓力學(xué)性能研究[D];華南理工大學(xué);2010年

5 王茜;鋼橋塔與組合橋塔受力性能試驗研究[D];長安大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 宋華;異形多腔鋼管混凝土短柱軸壓力學(xué)性能研究[D];重慶大學(xué);2017年

2 滿自亭;懸索橋鋼管混凝土橋塔受力及粘結(jié)滑移性能試驗研究[D];蘭州交通大學(xué);2014年

3 程高;PBL加勁型矩形鋼管混凝土軸壓柱承載力計算方法研究[D];長安大學(xué);2013年

4 閆秋林;劉家峽大橋鋼管混凝土橋塔模型試驗設(shè)計及受力性能分析[D];蘭州交通大學(xué);2012年

5 肖林;鋼混組合結(jié)構(gòu)中剪力連接件試驗研究[D];西南交通大學(xué);2008年

本文編號：2806842