纤维模型方法在钢管混凝土拱桥结构中的应用

论文摘要

钢管混凝土柱具有承载力高、经济、实用、美观等优点,在工业厂房和高层以及超高层建筑中得到了大量的应用。拱桥因其造型美观、承载力大、造价低廉、耐久性好等优点,在我国历来备受重视。钢管混凝土同时解决了拱桥材料高强化和拱圈施工轻型化两个问题,在桥梁中也得到越来越多的采用。现在我国的大跨度钢管拱桥在迅猛。因此国内外许多学者对钢管混凝土结构的力学性能和设计方法进行了大量的研究工作。混凝土浇注以后内部混凝土质量及其与钢管壁之间的胶结质量是影响钢管混凝土质量的重要因素。本文以钢管混凝土单拱肋为例,对钢管混凝土缺陷参数与其轴心受压承载力的关系进行了研究,本文基于opensees计算平台的纤维模型法对钢管混凝土拱的极限承载力状况进行了分析。主要研究内容如下:1.本文采用纤维模型进行计算。通过介绍纤维模型方法的概念、思路以及采用纤维模型方法分析结构构件受力全过程的具体计算过程,确定了应用于钢管混凝土受力全过程分析的计算方法。2.利用OpenSees计算平台对一钢管混凝土拱肋分析,将计算结果与该拱肋试验数据进行对比分析,从而确定本文采用的本构模型及计算程序能较好的反应钢管混凝土的力学性能。3.利用OpenSees计算平台对一钢管混凝土拱肋分析,分析了不同的材料参数及横向力大小对钢管混凝土极限承载力的影响,给出承载力折减规律。4.利用OpenSees计算平台对一钢管混凝土拱桥进行了脱空计算分析,分析了脱空的角度、轴向长度、径向厚度对其工作性能的影响,系统总结了各个因素的影响关系,并给出了钢管混凝土脱粘折减系数,为类似工程提供借鉴。5.以支井河特大桥为背景,将纤维模型法应用于工程计算,并与传统有限元法进行比较,为今后进一步将纤维模型法用于结构计算奠定基础。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 钢管混凝土结构的特点
• 1.2 钢管混凝土结构在桥梁工程中的应用
• 1.3 钢管混凝土结构研究现状
• 1.3.1 钢管混凝土结构的发展现状
• 1.3.2 钢管混凝土脱空研究现状
• 1.3.3 钢管混凝土拱桥承载力及稳定性研究
• 1.4 本文的研究背景及主要内容
• 第二章 纤维模型计算方法
• 2.1 OpenSees计算平台简介
• 2.2 纤维模型计算方法
• 2.2.1 纤维模型计算方法原理
• 2.2.2 纤维模型
• 2.2.3 单元节点力、位移以及积分截面的力和变形
• 2.2.4 截面状态的计算
• 2.3 基于柔度法的梁单元状态的计算方法
• 2.3.1 基于柔度法的单元刚度矩阵
• 2.3.2 增量形式的单元平衡方程的理论推导
• 2.3.3 根据单元节点位移计算单元节点力的计算过程
• 第三章 材料的本构关系
• 3.1 钢管混凝土目前的本构关系
• 3.2 本文采用的核心混凝土本构模型
• 3.2.1 基本参数介绍
• 3.2.2 本构模型
• 3.3 钢材的本构模型
• 3.4 本文本构模型的确定
• 第四章 钢管混凝土的模型拱的计算
• 4.1 钢管混凝土自身参数对极限承载力的影响
• 4.1.1 不同钢管壁厚的影响
• 4.1.2 不同钢材屈服强度的影响
• 4.1.3 不同混凝土强度的影响
• 4.2 横向力大小对极限承载力的影响
• 4.3 局部脱空对钢管混凝土拱承载力的影响
• 4.3.1 t=0.01m时20个模型的计算结果
• 4.3.2 t=0.02m时20个模型的计算结果
• 4.3.3 t=0.03m时20个模型的计算结果
• 第五章 工程实例计算
• 5.1 工程概况
• 5.2 利用ansys建模进行结构计算
• 5.3 基于纤维模型法的支井河特大桥建模及计算结果分析
• 5.4 横向力即风荷载对大桥稳定性的影响
• 5.5 不同脱空位置对支井河大桥极限承载力的影响
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后期工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表