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    大跨度鋼管混凝土拱橋空間穩定性分析

    2019-05-13   來源:   點擊數:0次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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     中國鋼管信息港編輯中心獲悉:為中柱非節點區鋼管壁上測點與節點區鋼銷上部測點的荷載-應力曲線。從圖中可見,在同級荷載作用下,鋼銷上部應力遠比非節點區鋼管壁上測點應力大。說明由于梁端傳遞的剪力和彎矩,使鋼銷上部產生了應力集中現象。
      
      主體結束后,2個節點的現場實測數據如表1所示。從表中數據可見,無論中柱或角柱節點,受拉鋼筋應力均較小,而且梁端受拉鋼筋應力明顯大于節點內鋼筋應力,說明結構處于彈性工作狀態,在該階段主要由梁端受力,如模型試驗所述,梁端開裂后,應力向節點內傳遞。
      
      節點的現場實測數據測點部位應力/MPa中柱節點角柱節點1節點內受拉鋼筋0.040.562節點內受拉鋼筋0.050.643梁端受拉鋼筋0.441.234梁端受拉鋼筋0.491.465鋼銷上翼緣1.405.006鋼銷下翼緣-1.60-12.787鋼銷腹板12.0436.33由于中柱節點不平衡彎矩較小,中柱節點上下翼緣鋼筋應力較小,說明由鋼銷傳遞的彎矩較小,梁端彎矩主要通過節點對鋼管混凝土柱的側壓傳遞給柱;而角柱由于偏心受壓,梁的不平衡彎矩較大,引起鋼銷彎曲正應力較大。
      
      通過比較鋼銷翼緣與腹板應力可以發現,腹板應力較大,說明鋼銷主要承受剪力。可假定梁端剪力全部由鋼銷承擔進行鋼銷的抗剪設計;鋼銷上下翼緣也存在應力,說明鋼銷也可以部分傳遞梁端彎矩,但梁端彎矩主要依靠節點區混凝土對鋼管的側向擠壓傳遞,故假定由鋼銷傳遞全部彎矩進行鋼銷翼緣設計是偏于安全的2. 3結論現場試驗與模型試驗的結論一致,說明模型試驗的結論具有較高的可靠性。
      
      橋梁大跨度鋼管混凝土拱橋空間穩定性分析趙長軍王鋒君陳強徐興(浙江大學土木工程系,杭州310027)每-種模型分別進行線彈性和幾何非線性計算,得到了-些重要結論。對今后該類橋梁的建設具有一定的借鑒作用。
      
      1其中4Kut一彈性J剛度矩陣;<一幾何!剛度lishing1為何因子ts可以el常將非線性方程組寫成如下形式:樣的假| 1概述鋼管混凝土拱橋與鋼筋混凝土拱橋、圬工拱橋相比較,由于鋼管這種高強材料的應用,使得自重大大減輕,跨度得以大。另外鋼管作為勁性骨架,為自架設體系。可在工廠制造,在工地分段吊裝架設,施工方便,費用降低。所以鋼管混凝土拱橋近年來得到迅猛的發展,但隨著跨度的大,穩定問題成為制約其發展的主要因素之一。鋼筋混凝土拱橋和圬工拱橋,一般情況下由于跨度較小,拱肋截面相對較大,穩定問題并不突出,材料的強度和架設方法是控制因素。通常把拱肋等效力為一壓桿進行穩定性檢算。對于大跨度鋼管混凝土拱橋,這種方法顯然只能作為初步設計階段的簡單估算。只有采用有限元方法進行空間分析才能真實反映結構的穩定性能。
      
      2計算理論拱橋的穩定問題從空間的失穩形態上分為面內失穩和面外失穩。從失穩的受力性質上分為兩類:第一類為平衡分支問題,第二類為極值點問題。拱橋是以受壓為主的壓彎結構,嚴格的說,拱的失穩皆為第二類失穩。但是拱的第一類穩定問題力學情況單純明確,它的臨界荷載近似的代表第二類穩定問題的上限。所以無論在理論分析中還是在工程應用上都占有重要的地位。
      
      2.1純壓拱空間穩定性分析線彈性情況下,純壓拱在臨界荷載作用下的平衡方程為:+入矩陣只與構件的軸向力有關。-單元節點位移量;一荷載穩定系數。
      
      方程組(1)為特征值問題,其最小特征值在工程上才有意義。應用各種迭代方法,如逆矢量迭代法,子空間迭代法等都可能很方便的求解。
      
      2.2壓彎拱空間幾何非線性穩定性分析拱橋的幾何非線性主要是指在荷載的作用下,拱軸線與荷載壓力線的偏離問題。因為這種偏離是不可避免的。如施工階段,壓力線隨架設過程不斷的變化,施工預拱度的設置,各種施工偏差,拱軸線的彈性壓縮等。所以嚴格的說拱的失穩皆屬于第二類失穩。拱的幾何非線性屬于彈性大變形問題,采用全量方法求解概念明確,易于理解。變形前物體的構型是己知的,取做構型。變形后的構型是待求的,米用的度量是Kirchhoff應力和Green應變。
      
      中國鋼管信息港編輯中心獲悉:非線性方程組的求解方法一荷載量法。荷載從零開始,按照某種量形式逐步大到MF,當開始發散時,MF即為拱橋極限承載力。通可以預測拱橋達到極限承載力時的穩定系數一般情況下不大于10,為保險起見,可設入=100.對方程組(3)按照不同的方法進行線性化時,可得到各種不同的求解方法,如Euler法,自修正Euler法等。結構的極限承載力在開始發散的荷載和在此前一級己收斂的荷載的之間。如荷載量步分得較細,可以偏于安全的認為是前一級荷載,而避免更加復雜的計算。
      
      3橋梁算例3.1概況三門健跳大橋位于浙江三門縣健跳鎮,跨越健跳港。為主跨245m的中承式鋼管混凝土拱橋。設計荷載:汽車一20級,掛車一100級;橋面凈空:15m行車道+2X1.5m人行道。橋面系采用預制橫梁,橫梁之間為混凝土現澆段。橫梁頂板與混凝土現澆段橋面板構成行車道板。橫梁每端設兩根55把鍍鋅高強鋼絲吊索,兩吊索順橋向相距1.主拱結構采用鋼管混凝土桁構式拱肋中承式拱,凈跨245m.拱軸線為二次拋物線,矢跨比為1/ 5.拱肋為等高等寬的鋼管混凝土桁構。上下弦桿斷面為平放的啞鈴形。水平方向的兩鋼管用綴板聯成一體豎向鋼管間設豎直腹桿和斜桿。在上下弦桿主管,綴板內腔充填C50號混凝土。全橋共設7道鋼管空間桁式橫式聯結系。橋面以上設5道,橋面以下設2道。橋面系與拱肋相交處設置鋼板梁做橫系梁。
      
      3.2計算模型3.2.1模型1 1225個空間梁單元,84個桿單元。為減少單元的數量,把空間的拱肋,橫向聯結系,簡化為沿其軸向的梁單元。吊桿模擬為桿單元,橋面系用空間格梁法模擬。
      
      3.2模型2采用了2534個空間梁單元,84個桿單元。把拱肋模擬為豎直面內的平面桁架,即上下弦桿為梁單元,兩弦桿之間的通過豎向和斜向的腹桿梁單元連接。橫向聯結系按照實際結構用空間梁單元模擬。吊桿與橋面系同模型1. 3.3穩定系數定系數結果列于下表。
      
      中國鋼管信息港編輯中心獲悉:按兩種計算模型,三種荷載工況計算所得的穩表1穩定系數項目模型1線彈性模型1幾何非線性模型2線彈性模型2幾何非線性恒載恒載+四車道汽車荷載+雙側人行道人群荷載恒載+全橋滿布人群荷載3.4失穩形態本相同。恒載作用下的失穩形態圖示意如下:每種計算模型在三種荷載工況下的失穩形態基模型1平面失穩形態模型2平面失穩形態模型1立面失穩形態模型2立面失穩形態4主要結論與探討分析的基礎上,對浙江三門健跳大橋進行了詳細的簡化模型1的穩定系數無論是線彈性的情況還是幾何非線性的的情況均小于模型2的值。主要原因是把空間桁架體系簡化成平面梁單元時,無法準確的模擬原結構的各種抗力性能,只能取偏于安全值。但是簡化計算由于所用單元數量很少,建立模型較為容易,并且大體上可以體現結構的穩定性能。所以在初步設計階段上有應用價值。
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