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    大跨度钢管混凝土拱桥空间稳定性分析

    2019-05-13   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合?#39318;?#20307;大小:
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     中国钢管信息港编辑中心获悉:为中柱非节点区钢管壁上测点与节点区钢销上部测点的荷载-应力曲线。从图中可见,在同级荷载作用下,钢销上部应力远比非节点区钢管壁上测点应力大。说明由于梁端传递的剪力和弯矩,使钢销上部产生了应力集中现象。
      
      主体结束后,2个节点的现场实测数据如表1所示。从表中数据可见,无论中柱或角柱节点,受拉钢筋应力均较小,而且梁端受拉钢筋应力明显大于节点内钢筋应力,说明结构处于弹性工作状态,在该阶段主要由梁端受力,如模型试验所述,梁端开裂后,应力向节点内传递。
      
      节点的现场实测数据测点部位应力/MPa中柱节点角柱节点1节点内受拉钢筋0.040.562节点内受拉钢筋0.050.643梁端受拉钢筋0.441.234梁端受拉钢筋0.491.465钢销上翼缘1.405.006钢销下翼缘-1.60-12.787钢销?#25329;?2.0436.33由于中柱节点不平衡弯矩较小,中柱节点上下翼缘钢筋应力较小,说明由钢销传递的弯矩较小,梁端弯矩主要通过节点对钢管混凝土柱的侧压传递给柱;而角柱由于偏心受压,梁的不平衡弯矩较大,引起钢销弯曲正应力较大。
      
      通过比较钢销翼缘与?#25329;?#24212;力可以发现,?#25329;?#24212;力较大,说明钢销主要承受剪力。可假定梁端剪力全部由钢销承担进行钢销的抗剪设计;钢销上下翼缘也存在应力,说明钢销?#37096;?#20197;部分传递梁端弯矩,但梁端弯矩主要依靠节点区混凝土对钢管的侧向挤压传递,故假定由钢销传递全部弯矩进行钢销翼缘设计是偏于安全的2. 3结论现场试验与模型试验的结论一致,说明模型试验的结论具有较高的可靠性。
      
      桥梁大跨度钢管混凝土拱桥空间稳定性分析赵长军王锋君陈强徐兴(浙江大学土木工程系,杭州310027)每-种模型分别进行线弹性?#22270;?#20309;非线性计算,得到了-些重要结论。对今后该类桥梁的建设具有一定的借鉴作用。
      
      1其中4Kut一弹性J刚度矩阵;<一几何!刚度lishing1为何因子ts可以el常将非线性方程组写成如下形式:样的假| 1概述钢管混凝土拱桥与钢筋混凝土拱桥、圬工拱桥相比较,由于钢管这种高强材料的应用,使得自重大大减轻,跨度得以大。另外钢管作为劲性骨架,为自架设体系。可在工厂制造,在工地分段吊装架设,施工方便,费用降低。所以钢管混凝土拱桥近年来得到?#35813;?#30340;发展,但随着跨度的大,稳定问题成为制?#35745;?#21457;展的主要因素之一。钢筋混凝土拱桥和圬工拱桥,?#35805;?#24773;况下由于跨度较小,拱肋截面相对较大,稳定问题并不突出,材料的强度?#22270;?#35774;方法是控制因素。通常把拱肋等效力为一压杆进行稳定性检算。对于大跨度钢管混凝土拱桥,这种方法显然只能作为初步设计阶段的简单估算。只有采用有限元方法进行空间分析才能真实?#20174;?#32467;构的稳定性能。
      
      2计算理论拱桥的稳定问题从空间的失稳形态上分为面内失稳和面外失稳。从失稳的受力性质上分为两类:第一类为平衡分支问题,第二类为极值点问题。拱桥是以受压为主的压弯结构,严格的说,拱的失稳皆为第二类失稳。但是拱的第一类稳定问题力学情况单纯明确,它的临界荷载近似的代表第二类稳定问题的上限。所以无论在理论分析中?#25925;?#22312;工程应用上都占有重要的地位。
      
      2.1纯压拱空间稳定性分析线弹性情况下,纯压拱在临界荷载作用下的平衡方程为:+入矩阵只与构件的轴向力有关。-单元节点位移量?#28784;?#33655;载稳定系数。
      
      方程组(1)为特征值问题,其最小特征值在工程上才有意义。应用各种迭代方法,如逆矢量迭代法,子空间迭代法等都可能很方便的求解。
      
      2.2压弯拱空间几何非线性稳定性分析拱桥的几何非线性主要是指在荷载的作用下,拱轴线与荷载压力线的偏离问题。因为这?#21046;?#31163;是不可避免的。如施工阶段,压力线随架设过程不断的变化,施工预拱度的设置,各种施工偏差,拱轴线的弹性压缩等。所以严格的说拱的失稳皆属于第二类失稳。拱的几何非线性属于弹性大变形问题,采用全量方法求解概念明确,易于理解。变形前物体的构型是己知的,取做构型。变形后的构型是待求的,米用的度量是Kirchhoff应力和Green应变。
      
      中国钢管信息港编辑中心获悉:非线性方程组的求解方法一荷载量法。荷载从零开始,按照某种量形式逐步大到MF,当开始发散?#20445;琈F即为拱桥极限?#24615;?#21147;。通可以预测拱桥达到极限?#24615;?#21147;时的稳定系数?#35805;?#24773;况下不大于10,为保险起见,可设入=100.对方程组(3)按照不同的方法进行线性化?#20445;?#21487;得到各种不同的求解方法,如Euler法,自修正Euler法等。结构的极限?#24615;?#21147;在开始发散的荷载和在此前一级己收敛的荷载的之间。如荷载量步分得较细,可以偏于安全的认为是前一级荷载,而避免更加复杂的计算。
      
      3桥梁算例3.1概况三门健跳大桥位于浙江三门县健跳镇,跨越健跳港。为主跨245m的中承式钢管混凝土拱桥。设计荷载:汽车一20级,?#39029;?#19968;100级;桥面净空:15m行车道+2X1.5m人行道。桥面系采用预制横梁,横?#35088;?#38388;为混凝土现浇段。横梁顶板与混凝土现浇段桥面板构成行车道板。横梁每端设两根55?#35759;?#38156;高强钢丝吊索,两吊索顺桥向相距1.主拱结构采用钢管混凝土桁构式拱肋中承式拱,净跨245m.拱轴线为二次抛物线,矢跨比为1/ 5.拱肋为等高等宽的钢管混凝土桁构。上下弦杆断面为平放的哑铃形。水平方向的两钢管用缀板联成一体竖向钢管间设竖直腹杆和斜杆。在上下弦杆主管,缀板内腔充填C50号混凝土。全桥共设7道钢管空间桁式横式联结系。桥面以上设5道,桥面以下设2道。桥面系与拱肋相交处设置钢板梁做横系梁。
      
      3.2计算模型3.2.1模型1 1225个空间梁单元,84个?#35828;?#20803;。为减少单元的数量,把空间的拱肋,横向联结系,简化为沿其轴向的梁单元。吊杆模拟为?#35828;?#20803;,桥面系用空间格梁法模拟。
      
      3.2模型2采用了2534个空间梁单元,84个?#35828;?#20803;。把拱肋模拟为竖直面内的平面桁架,即上下弦杆为梁单元,?#36739;?#26438;之间的通过竖向和斜向的腹杆梁单元连接。横向联结系按照?#23548;?#32467;构用空间梁单元模拟。吊杆与桥面系同模型1. 3.3稳定系数定系数结果?#26447;?#19979;表。
      
      中国钢管信息港编辑中心获悉:按两种计算模型,三种荷载工况计算所得的稳表1稳定系数项目模型1线弹性模型1几何非线性模型2线弹性模型2几何非线性恒载恒载+?#26576;?#36947;汽车荷载+双侧人行道人群荷载恒载+全桥满布人群荷载3.4失稳形态本相同。恒载作用下的失稳形态图示意如下:每种计算模型在三种荷载工况下的失稳形态基模型1平面失稳形态模型2平面失稳形态模型1立面失稳形态模型2立面失稳形态4主要结论与探讨分析的基础上,对浙江三门健跳大桥进行了详细的简化模型1的稳定系数无论是线弹性的情况?#25925;?#20960;何非线性的的情况均小于模型2的值。主要原因?#21069;?#31354;间桁架体?#23548;?#21270;成平面梁单元?#20445;?#26080;法准确的模拟原结构的各种抗力性能,只能取偏于安全值。但是简化计算由于所用单元数量很少,建立模型较为容易,并且大体上可以体现结构的稳定性能。所以在初步设计阶段上有应用价值。
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