钢管混凝土单圆管肋拱极限承载力研究
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摘要
本文以钢管混凝土(单圆管)肋拱为研究对象，应用纤维单元模型的钢管混凝土应力—应变关系，通过钢管混凝土拱(单圆管)面内受力双重非线性有限元分析方法，对模型拱进行分析。结果表明，采用了纤维单元模型的钢管混凝土应力—应变关系的双重非线性有限元分析方法能较好地反映钢管混凝土拱受力全过程的非线性性能。分析还表明，钢管混凝土拱的受力应考虑双重非线性问题，其中材料非线性的影响要大于几何非线性的影响。
应用双重非线性有限元分析方法对钢管混凝土(单圆管)肋拱的受力全过程的非线性性能与极限承载力进行了参数分析。分析的参数有矢跨比、长细比、含钢率以及加载方式。分析结果可供提出极限承载力实用算法和工程应用参考。
针对铡管混凝土(单圆管)肋拱面内极限承载力的等效梁柱法，讨论了等效梁柱法的等效长度、作用力选取和钢管混凝土梁柱极限承载力计算方法的选用。与采用双重非线性有限元计算的极限承载力的比较表明，等效梁柱法能基本反映钢管混凝土(单圆管)肋拱极限承载力的基本规律，可供实际应用参考。
Based on the summary of the completed four model tests of CFST ribbed arches, Through the method of analyze behavior of CFST (single tube) arch, Both the material and geometric nonlinear property are taken into account in the method, A fiber element model of stress-strain relation of CFST is used. Comparisons of numerical results with the test results indicate that, the method proposed herein can get out the basic mechanic behaviors of the steel tubular arch and CFST arch on the whole loading progress. The analyses of the nonlinear property of the CFST arch indicate that both the material and geometric nonlinearity take pole in the mechanic behaviors of CFST arch and the material nonlinear is more seriously than the geometric nonlinear.
With the double non-linearity finite element program, whole behaviors of Concrete Filled Steel Tubular (CFST) arch bridges and their ultimate load-carrying capacity are analyzed. The parameters used in the analyses include rise to span ratio, slenderness ratio, steel ratio and load conditions. The results can be referred to put forward an applied arithmetic of the ultimate load-carrying capacity of CFST arch bridge and can be useful for practical engineering.
Aim at the equivalent beam-column method to predict the planner ultimate load-carrying capacity of CFST (single) rib arch, The equivalent length, the applied load from which cross-section as the acted force and the calculation method of the ultimate load of CFST are discussed. Comparisons to the results from the dual-nonlinearity finite element method show that the predicted results by the equivalent beam-column method can follow basic rule of the ultimate loads in CFST (single) rib arch and can be refer to practice use.
应用双重非线性有限元分析方法对钢管混凝土(单圆管)肋拱的受力全过程的非线性性能与极限承载力进行了参数分析。分析的参数有矢跨比、长细比、含钢率以及加载方式。分析结果可供提出极限承载力实用算法和工程应用参考。
针对铡管混凝土(单圆管)肋拱面内极限承载力的等效梁柱法，讨论了等效梁柱法的等效长度、作用力选取和钢管混凝土梁柱极限承载力计算方法的选用。与采用双重非线性有限元计算的极限承载力的比较表明，等效梁柱法能基本反映钢管混凝土(单圆管)肋拱极限承载力的基本规律，可供实际应用参考。
Based on the summary of the completed four model tests of CFST ribbed arches, Through the method of analyze behavior of CFST (single tube) arch, Both the material and geometric nonlinear property are taken into account in the method, A fiber element model of stress-strain relation of CFST is used. Comparisons of numerical results with the test results indicate that, the method proposed herein can get out the basic mechanic behaviors of the steel tubular arch and CFST arch on the whole loading progress. The analyses of the nonlinear property of the CFST arch indicate that both the material and geometric nonlinearity take pole in the mechanic behaviors of CFST arch and the material nonlinear is more seriously than the geometric nonlinear.
With the double non-linearity finite element program, whole behaviors of Concrete Filled Steel Tubular (CFST) arch bridges and their ultimate load-carrying capacity are analyzed. The parameters used in the analyses include rise to span ratio, slenderness ratio, steel ratio and load conditions. The results can be referred to put forward an applied arithmetic of the ultimate load-carrying capacity of CFST arch bridge and can be useful for practical engineering.
Aim at the equivalent beam-column method to predict the planner ultimate load-carrying capacity of CFST (single) rib arch, The equivalent length, the applied load from which cross-section as the acted force and the calculation method of the ultimate load of CFST are discussed. Comparisons to the results from the dual-nonlinearity finite element method show that the predicted results by the equivalent beam-column method can follow basic rule of the ultimate loads in CFST (single) rib arch and can be refer to practice use.
引文
[1] 陈宝春．钢管混凝土拱桥实例集(一)，人民交通出版社，2002
[2] 陈宝春．钢管混凝土拱桥设计与施工，人民交通出版社，2000
[3] 申明文，李国平，朱玉晓．钢管混凝土拱的稳定与极限承载力分析，结构工程师，2002
[4] 何雄君，孙国正，周莉娜．钢管混凝土拱桥几何非线性分析，武汉理工大学学报，2002
[5] 张健民，秦荣，郑皆连．拱结构双重非线性稳定分析的样条有限点法，工程力学，2002
[6] 陈宝春，钢管混凝土单圆管肋拱桥设计计算探讨，福州大学学报(自然科学版)，1998年12月，26(6)，PP：81-85
[7] 交通部标准，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规程(JTJ023-85)，北京：人民交通出版社，1985
[8] 中国工程建设标准化协会标准，《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28：90)，中国计划出版社，1990
[9] 国家建筑材料工业局标准，《钢管混凝土结构设计与施工规程》(JCJ01-89)，同济大学出版社，1989
[10] 中国电力行业标准，《钢管混凝土组合结构设计规程》(DL／T5085-1999)，中国电力出版社，1999
[11] 陈宝春、陈友杰，钢管混凝土肋拱面内受力全过程试验研究[J]，工程力学，17(2)，2000年：44—50
[12] 陈友杰、陈宝春，钢管混凝土肋拱面内受力全过程有限元分析，工程力学，2000(增刊)：753-758
[13] 钟善桐，钢管混凝土结构，哈尔滨，黑龙江科学出版社，1994
[14] 欧智箐、陈宝春，钢管混凝土偏压构件受力性能试验研究，福建建筑高等专科学校学报，2001
[15] 陈水盛，钢管混凝土拱桥动力基本性能研究[硕士论文]，福州大学图书馆，1999
[16] 林英、陈宝春、陈友杰，钢管混凝土面内对称加载试验，福州大学学报，2001
[17] 王来永，钢管混凝土梁柱受力性能分析[硕士论文]，福州大学图书馆，2000
[18] 韦建刚，钢管混凝土对称弯压拱分支点失稳问题研究[硕士论文]，福州大学图书馆，2000
[19] 项海帆、刘光栋．拱结构的稳定与振动，人民交通出版社，1991
[20] 韩林海．钢管混凝土结构，科技出版社，2000
[21] 李国豪．桥梁结构稳定与振动，中国铁道出版社，1996
[22] 陈宝春、秦泽豹、彦坂熙等，钢管混凝土拱(单圆管)面内受力双重非线性有限元分析，铁道学报(已录用)
[23] Tetsuya Yabuki and Sriramulu Vinnakota, Stability of Steel Arch Bridges: A State-of-the-Art Report, Solid Mechanics Archives, Vol. 9, Martinus Nijhoff Publishers, The Hague, 1984, pp. 115-158
[24] 陈宝春、秦泽豹等，钢管混凝土(单圆管)肋拱面内受力性能分析，铁道学报(已投稿)
[25] Walter J. Austin, In-Plane Bending and Buckling of Arches, Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 97, No. ST5, May 1971, pp. 1575-1592
[26] 陈宝春、王来永、欧智菁等，钢管混凝土偏心受压应力—应变试验研究[J]，工程力学(已录用)
[2] 陈宝春．钢管混凝土拱桥设计与施工，人民交通出版社，2000
[3] 申明文，李国平，朱玉晓．钢管混凝土拱的稳定与极限承载力分析，结构工程师，2002
[4] 何雄君，孙国正，周莉娜．钢管混凝土拱桥几何非线性分析，武汉理工大学学报，2002
[5] 张健民，秦荣，郑皆连．拱结构双重非线性稳定分析的样条有限点法，工程力学，2002
[6] 陈宝春，钢管混凝土单圆管肋拱桥设计计算探讨，福州大学学报(自然科学版)，1998年12月，26(6)，PP：81-85
[7] 交通部标准，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规程(JTJ023-85)，北京：人民交通出版社，1985
[8] 中国工程建设标准化协会标准，《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28：90)，中国计划出版社，1990
[9] 国家建筑材料工业局标准，《钢管混凝土结构设计与施工规程》(JCJ01-89)，同济大学出版社，1989
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[14] 欧智箐、陈宝春，钢管混凝土偏压构件受力性能试验研究，福建建筑高等专科学校学报，2001
[15] 陈水盛，钢管混凝土拱桥动力基本性能研究[硕士论文]，福州大学图书馆，1999
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[18] 韦建刚，钢管混凝土对称弯压拱分支点失稳问题研究[硕士论文]，福州大学图书馆，2000
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[21] 李国豪．桥梁结构稳定与振动，中国铁道出版社，1996
[22] 陈宝春、秦泽豹、彦坂熙等，钢管混凝土拱(单圆管)面内受力双重非线性有限元分析，铁道学报(已录用)
[23] Tetsuya Yabuki and Sriramulu Vinnakota, Stability of Steel Arch Bridges: A State-of-the-Art Report, Solid Mechanics Archives, Vol. 9, Martinus Nijhoff Publishers, The Hague, 1984, pp. 115-158
[24] 陈宝春、秦泽豹等，钢管混凝土(单圆管)肋拱面内受力性能分析，铁道学报(已投稿)
[25] Walter J. Austin, In-Plane Bending and Buckling of Arches, Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 97, No. ST5, May 1971, pp. 1575-1592
[26] 陈宝春、王来永、欧智菁等，钢管混凝土偏心受压应力—应变试验研究[J]，工程力学(已录用)