部分填充混凝土矩形鋼管桁架力學(xué)性能及橋梁應(yīng)用研究.pdf

1、部分填充混凝土（PartialConcreteFilled，簡稱PCF）矩形鋼管桁架是由矩形鋼管和矩形鋼管混凝土組成的一種新型結(jié)構(gòu)，桁架主管為鋼管或鋼管混凝土構(gòu)件，支管為矩形鋼管構(gòu)件，支管與主管采用焊縫直接相貫連接，是一種新型大跨、重載結(jié)構(gòu)形式，在橋梁工程中具有良好的應(yīng)用前景。本文在國家西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(2006318812112)和交通部應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2006319812130)的資助下，對該新型結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和破壞機(jī)理進(jìn)行了

2、研究，并將其應(yīng)用于連續(xù)剛構(gòu)橋和桁式肋拱橋中，解決了該類橋梁在工程應(yīng)用中的設(shè)計(jì)計(jì)算問題，為其在橋梁工程中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
　　 論文主要研究內(nèi)容及研究成果如下：
　　 (1)對PCF矩形鋼管桁架微觀單元分析模型進(jìn)行了研究?；诩s束混凝土的總應(yīng)變裂縫本構(gòu)模型，選用板殼和實(shí)體單元，利用大型通用有限元程序Midas/FEA，建立了PCF矩形鋼管桁架的分析模型，對其力學(xué)性能進(jìn)行分析并與試驗(yàn)結(jié)果對比。結(jié)果表明：有限元分析和試驗(yàn)

3、結(jié)果吻合較好，文中建立的微觀模型能夠準(zhǔn)確分析PCF矩形鋼管桁架的力學(xué)性能，將其用于PCF矩形鋼管桁架影響參數(shù)的分析是可靠的。
　　 (2)對PCF矩形鋼管桁架力學(xué)性能的影響參數(shù)進(jìn)行了研究?？紤]了支主管寬度比B和主管寬厚比Y兩個(gè)參數(shù)對PCF矩形鋼管桁架力學(xué)性能的影響，主要得到以下結(jié)論：支主管寬度比B對桁架破壞模式的影響較大，隨著B增大桁架破壞模式由節(jié)點(diǎn)失效轉(zhuǎn)變?yōu)闂U件失效；主管寬厚比Y對桁架承載能力的影響較大，隨著Y增大桁架承載能力

4、急劇下降并逐漸趨于穩(wěn)定。
　　 (3)對PCF矩形鋼管桁架宏觀單元分析模型進(jìn)行了研究。基于鋼管混凝土的統(tǒng)一理論，推導(dǎo)了鋼管混凝土構(gòu)件塑性鉸的本構(gòu)關(guān)系，選用桿系塑性鉸單元，利用大型通用有限元程序Midas/Civil，建立了PCF矩形鋼管桁架的宏觀分析模型，對其極限荷載、出鉸位置和出鉸順序等進(jìn)行分析。結(jié)果表明：有限元分析與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，文中建立的宏觀模型能夠準(zhǔn)確把握PCF矩形鋼管桁架的力學(xué)性能，將其用于PCF矩形鋼管桁架橋梁的

5、分析是可行的，有利于對橋梁彈塑性狀態(tài)的分析和薄弱位置的判斷。
　　 (4)進(jìn)行了PCF矩形鋼管桁架在連續(xù)剛構(gòu)橋中的應(yīng)用研究。以向家壩大橋?yàn)橐劳校⒘薖CF矩形鋼管桁架連續(xù)剛構(gòu)橋的有限元模型，對其靜動力性能的彈性和彈塑性階段進(jìn)行分析，并對主梁混凝土填充范圍進(jìn)行優(yōu)化。靜力性能的分析表明：PCF矩形鋼管桁架梁橋在跨中撓度、桿件內(nèi)力和應(yīng)力水平、極限承載力和塑性變形能力等方面具有一定的優(yōu)勢。動力性能的分析表明：PCF矩形鋼管桁架梁橋的動

6、力性能較空鋼管桁架梁橋有一定程度的提高，而全部填充混凝土后梁橋動力性能有所下降。
　　 (5)進(jìn)行了PCF矩形鋼管桁架在桁式肋拱橋中的應(yīng)用研究。以石潭溪大橋?yàn)橐劳?，建立了PCF矩形鋼管桁架桁式肋拱橋的有限元模型，對其靜動力性能的彈性和彈塑性階段進(jìn)行分析，并對拱肋混凝土填充范圍進(jìn)行優(yōu)化。靜力性能的分析表明：PCF矩形鋼管桁架拱橋在拱頂變形、桿件內(nèi)力和應(yīng)力水平、極限承載力和塑性變形能力等方面具有一定的優(yōu)勢，但應(yīng)注意剛度突變部位構(gòu)造處