钢管混凝土抛物线浅拱平面内稳定性能试验研究-结构工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index: TU398.9 U.D.C: 624.07 Dissertation for the Degree of Master in Engineering IN-PLANE STABILITY PARABOLIC CONCRETE-FILLED STEEL TUBULAR ARCHES WITH LOW RISE-SPAN RATIOS Candidate： Cheng Xiaolong Supervisor： Prof. Wang Yuyin Associate Supervisor： Assistant Prof. Liu Changyong Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Structural Engineering Affiliation： School of Civil Engineering Date of Defence： July 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 要 摘 要 钢管混凝土拱承载力高、跨越能力强、施工方便、工程造价低、外形美观， 自上世纪 90 年代至今 20 余年的时间里，钢管混凝土拱在桥梁工程、大跨空间 场馆及地下支护工程中得到了广泛的应用。目前我国已建成的钢管混凝土拱桥 达 400 余座，且最大跨度已超过 500m。相对于钢管混凝土拱桥的迅猛发展，其 理论研究却并不完备，尚处于起步阶段，因此关于钢管混凝土拱桥的系统性的 理论研究十分必要。 本文针对两种压弯荷载工况（跨中单点加载和 1/4 跨单点加载）对钢管混 凝土抛物线浅拱平面内稳定性能进行试验研究和有限元分析，通过模型拱肋平 面内受力全过程试验了解钢管混凝土拱平面内受力失稳全过程，得到试件平面 内稳定极限承载力和破坏模式，研究钢管与混凝土之间的相互作用，分析矢跨 比对试件面内稳定承载力的影响，同时为有限元分析提供试验数据。具体内容 如下： （1）试验加载装置和试件设计 针对工程中常见的钢管混凝土抛物线拱，设计并进行了 4 根压弯作用下单 圆钢管混凝土抛物线浅拱的平面内稳定承载力试验，试验的主要参数是矢跨比 （1/6、1/9）和荷载类型（跨中单点加载、1/4 跨单点加载），其几何跨度为 9m； 钢管采用 Φ159×4.5mm 热轧钢管，并经热弯法弯成预定形状。钢材强度等级为 Q345 级；混凝土设计强度等级为 C40。通过理论计算和有限元建模的方法分别 对拱脚支座、拱脚转换段、槽钢自平衡体系和加载装置进行了设计和验证，以 确保加载装置具有足够的刚度和可靠性。 （2）压弯作用下钢管混凝土抛物线浅拱平面内稳定试验 观察并研究了整个试验过程的试验现象和试件破坏模式，得到了试件的荷 载-位移曲线、试件变形图、荷载-应变分布曲线、加载点截面荷载-应变曲线以 及横向变形系数，考虑了矢跨比对钢管混凝土抛物线浅拱平面内稳定承载力的 影响。 （3）基于试验的有限元模型建立与验证 通过有限元分析软件 ABAQUS 建立了钢管混凝土抛物线浅拱的有限元模 型，并将分析结果与试验结果进行了对比，在此基础上对可能影响试验结果的 一些重要参数如初始缺陷、拱脚位移、槽钢自平衡体系的刚度等进行了分析。 关键词：钢管混凝土；抛物线浅拱；平面内稳定；试验；压弯作用 - I - Abstract Abstract Since the 90s of last century, concrete-filled steel tubular arches have gained a huge development in bridge engineering, large-span structures and underground structures due to high load-carrying capacity, spanning ability, light weight, convenient construction procedure and brilliant appearance. It is estimated roughly that there are more than 400 concrete-filled steel tubular arch bridges built in China, and the maximum span is longer than 500m. On the other hand, the design recommendation and theoretical study