鋼管砼拱橋非線性穩(wěn)定性的有限元分析.pdf

1、鋼管混凝土拱橋具有跨越距離大、承載力高、塑性和韌性好、施工方便、耐火和耐腐蝕性能好等優(yōu)點,在實際工程中得到了越來越廣泛的應用.鋼管混凝土拱橋的破壞主要是拱肋的失穩(wěn)破壞和強度破壞,失穩(wěn)破壞有拱肋面內(nèi)失穩(wěn)和面外失穩(wěn)破壞.對于大跨度的拱橋,在其達到面內(nèi)外失穩(wěn)時結構一般已進入彈塑性的變形范圍,此時結構位移也比較大,因此拱橋的面內(nèi)外穩(wěn)定性問題是一個材料與幾何非線性的雙重非線性問題.本文同時考慮幾何和材料的非線性,采用有限元方法分析鋼管混凝土拱橋的

2、面內(nèi)和面外穩(wěn)定性問題.本文首先建立了鋼管混凝土拱肋的更為精細的有限元計算模型,即對鋼管、核心混凝土及管內(nèi)鋼筋分別創(chuàng)建有限單元,其中對外圍鋼管采用4節(jié)點平板殼體單元,核心混凝土采用8節(jié)點實體單元,鋼筋采用兩節(jié)點拉壓桿單元;然后利用完全Lagrange方法(T.L法)導出了8節(jié)點實體單元和4節(jié)點平板殼單元的切線剛度矩陣,對最終的非線性方程采用基于荷載增量的Newton-Raphson迭代方法進行求解.應用該有限元模型,首先對一鋼管混凝土拱肋

3、試驗模型的面內(nèi)極限承載力進行了計算,計算結果與試驗結果以及采用單一梁單元的計算結果作了比較,驗證了該方法的有效性;而后又對該拱肋模型進行了面外穩(wěn)定性分析,獲得了前幾階的面內(nèi)外失穩(wěn)形態(tài)以及在不同量值面外干擾力作用下的失穩(wěn)極限承載力.在此基礎上對一工程實例——義烏篁園橋的單拱肋的面內(nèi)極限承載力和面外穩(wěn)定性進行了計算,將面內(nèi)的撓度計算結果與實測結果作了比較,并著重分析了在側向水平風荷載共同作用下的拱肋的失穩(wěn)形態(tài)和面內(nèi)外失穩(wěn)的順序.實例計算表明