火灾对中承式钢管混凝土拱桥力学性能影响研究

论文摘要

钢管混凝土拱桥是近些年国内盛行起来的一种新型结构,与传统的钢筋混凝土相比,具有承载力高、重量轻、塑性韧性好、施工方便及桥型美观等优点,在大跨径拱桥中得到了广泛的应用;另一方面,现代交通运输系统越来越发达,各种易燃、易爆物品的运输也愈加频繁,一旦在桥面发生交通事故而引发火灾,特别对于中承式或下承式钢管混凝土拱桥,其吊杆极易在火灾中发生破坏,进而危及整个拱桥的受力和安全。本文以高温下结构整体反应为目标,采用基于计算的结构抗火研究方法,借助ANSYS有限元程序,对中承式钢管混凝土拱桥在吊杆局部火灾作用下进行了全过程分析,主要研究工作有:①归纳总结高温下及高温后预应力高强钢材热物理特性和力学性能的变化规律,及高温下高强钢材的应力～应变关系材料模型;②根据EHR3实验数据建立ANSYS热、结构有限元分析模型,对比分析ANSYS模型计算结果与实验结果;③研究高温下中承式钢管混凝土拱桥桥面及拱肋线形的变化规律,分析全桥在吊杆局部火灾作用下的影响范围;④研究火灾下拱桥吊杆和拱肋内力的变化规律,计算拱桥受火吊杆的耐火极限及相应临界温度;⑤研究火灾下桥道系的不同布置形式(简支、连续和刚接)对中承式钢管混凝土拱桥的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 火灾的危害
• 1.1.2 桥梁火灾与抗火研究意义
• 1.2 国内外抗火研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 桥梁抗火研究
• 1.3.1 国内外桥梁抗火研究概论
• 1.3.2 钢管混凝土拱桥抗火研究
• 1.4 本文的研究内容和目标
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究目标
• 第二章 高温下高强钢材的材料特性
• 2.1 高温下高强钢材的物理特性
• 2.1.1 钢材的热传导系数
• 2.1.2 钢材的比热
• 2.1.3 钢材的热膨胀系数
• 2.1.4 钢材的质量密度
• 2.2 高温下高强钢材的力学特性
• 2.2.1 极限强度随温度的变化
• 2.2.2 屈服强度随温度的变化
• 2.2.3 弹性模量随温度的变化
• 2.2.4 泊松比
• 2.2.5 应力—应变关系曲线
• 2.3 高温后高强钢材的力学特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 火源模型及传热学基本理论
• 3.1 火灾的升温过程
• 3.2 火灾的数值模拟方法
• 3.2.1 场模拟
• 3.2.2 区域模拟
• 3.2.3 经验模拟
• 3.3 火灾标准升温曲线
• 3.4 传热学的基本理论知识
• 3.4.1 温度场
• 3.4.2 传热方式
• 3.5 热分析理论
• 3.5.1 稳态传热
• 3.5.2 瞬态传热
• 3.6 温度场的边值条件
• 3.7 ANSYS 软件开展热传导分析基本过程
• 3.8 本章小结
• 第四章 热传导及结构非线性分析的有限单元法
• 4.1 热传导分析的有限元法
• 4.1.1 稳态热传导分析的有限单元法
• 4.1.2 瞬态传热的有限单元法
• 4.2 热变形与热应力计算
• 4.3 结构非线性有限元理论
• 4.3.1 屈服准则
• 4.3.2 加载准则
• 4.3.3 与Mises 屈服条件相关的流动法则
• 4.3.4 材料热弹塑性有限元法
• 4.4 本章小结
• 第五章 钢管混凝土拱桥火灾反应分析
• 5.1 ANSYS 热、结构分析模型
• 5.1.1 热分析模型
• 5.1.2 结构分析模型
• 5.1.3 算例验证分析
• 5.2 火灾对钢管混凝土拱桥线形的影响
• 5.2.1 对桥面线形的影响
• 5.2.2 对拱肋线形的影响
• 5.3 火灾对拱桥承载力的影响及吊杆临界温度的确定
• 5.3.1 对钢管混凝土拱桥吊杆承载力的影响
• 5.3.2 吊杆临界温度的确定
• 5.3.3 对钢管混凝土拱桥拱肋承载力的影响
• 5.4 火灾下不同桥道系布置形式对钢管混凝土拱桥的影响
• 5.4.1 对钢管混凝土拱桥线形的影响
• 5.4.2 对钢管混凝土拱桥承载力的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 取得的主要成果
• 6.2 今后的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目