中承式鋼管混凝土拱橋考慮材料延性的抗震動(dòng)力性能研究.pdf

1、中承式拱橋是一種常見的拱橋橋型，而鋼管混凝土作為一種具有良好延性的材料已被廣泛應(yīng)用于中承式拱橋中，而研究這種材料對(duì)中承式拱橋動(dòng)力性能的影響是十分必要的。
　　本文以鋼管混凝土構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，建立了由鋼材和混凝土組合而成的復(fù)合梁?jiǎn)卧邢拊Ｐ停⑼ㄟ^大量構(gòu)件的數(shù)值分析，回歸出鋼管混凝土材料整體的應(yīng)力－應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系公式，得到了試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。在該本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)茅草街大橋的動(dòng)力性能進(jìn)行了分析。
　　1、

2、通過復(fù)合單元法形成了以鋼材和混凝土組成的鋼管混凝土構(gòu)件有限元模型，以該模型進(jìn)行往復(fù)荷載作用下的鋼管混凝土構(gòu)件計(jì)算，所得結(jié)果于試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較吻合較好，也說(shuō)明鋼管混凝土具有良好地延性。
　　2、在此基礎(chǔ)上，利用復(fù)合梁?jiǎn)卧?jì)算了單拱肋在順橋向、豎向以及橫橋向反復(fù)荷載作用下的力－位移骨架曲線和彎矩－曲率滯回曲線，并分析了影響單拱肋滯回性能的各種因素，并給出了相應(yīng)的圖表，可為鋼管混凝土拱橋動(dòng)力分析提供一定的參考。
　　3、由于拱肋在

3、空間上為各向不同的幾何形狀，無(wú)法建立統(tǒng)一的力－位移模型或彎矩－曲率模型，因此在計(jì)算結(jié)果中提取出相應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變，通過回歸得出鋼管混凝土拱肋的應(yīng)力－應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系公式，以該公式計(jì)算所得的拱肋彎矩－曲率骨架曲線和力－位移骨架曲線與復(fù)合梁?jiǎn)卧媒Y(jié)果基本吻合，說(shuō)明該本構(gòu)關(guān)系合理，有效。利用此應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，以統(tǒng)一理論概念為基礎(chǔ)形成截面統(tǒng)一的切線剛度矩陣，建立3維非線性梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬鋼管混凝土拱肋。
　　4、利用大型有限元程序ANSYS建立了

4、茅草街大橋的有限元模型，拱肋采用回歸所得的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系，對(duì)該模型進(jìn)行了地震時(shí)程反應(yīng)分析，并對(duì)拱肋材料非線性模型和線性模型所得結(jié)果進(jìn)行了比較。得出對(duì)于大跨度中承式鋼管混凝土拱橋在地震荷載作用下拱肋材料在面外先進(jìn)入非線性，在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)予以關(guān)注。
　　5、采用大質(zhì)量法對(duì)茅草街大橋模型進(jìn)行了同步激勵(lì)和行波激勵(lì)兩種輸入模式的地震反應(yīng)分析，并在模型中引入了拱肋材料的非線性，得出兩種輸入模式下拱肋在各個(gè)方向的位移、彎矩軸力對(duì)比，行波輸入

5、的地震反應(yīng)均大于一致激勵(lì)輸入的地震反應(yīng)。對(duì)同節(jié)點(diǎn)地震反應(yīng)時(shí)程曲線的比較得出由于行波效應(yīng)的存在使得結(jié)構(gòu)各點(diǎn)的振動(dòng)不同步，與一致激勵(lì)相比發(fā)生了較大的變化。
　　6、分析了橫撐布置與橋面系對(duì)中承式鋼管混凝土拱橋地震響應(yīng)的影響，得出最大的影響因素是橋面系，橋面系的存在使得拱肋地震彎矩、位移響應(yīng)大大增加。此外橫撐的存在使得拱肋面內(nèi)彎矩、順橋向位移、豎向位移有一定變化，但主要影響的是拱肋面外彎矩和位移，橫撐的存在對(duì)拱橋整體抗震性能來(lái)說(shuō)既有有利