哑铃形钢管混凝土拱桥爆管成因分析与构造改进分析

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1、西南交通大学曲南父遗大罕学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1．针对哑铃形钢管混凝土拱桥存在的爆管问题，论文通过合理的假设，建立有限元计算模型，对哑铃形钢管混凝土拱肋在灌注管腔混凝土的施工过程中的5种_I况进行受力和变形方面的分析，确定了最大应力发生的地方。2。关于细部构造改进方案，论文分别就增设腹板拉杆、增设加

2、劲肋板和分仓灌注等，应用空间有限元程序并考虑钢材的弹塑性性能进行了初步研究。学位论文作者签名：徐波日期．埘年f月髟日西南交通大学硕士研究生学位论文第{页第1章绪论1。1钢管混凝土结构的应用与发展拱桥是一种历史悠久，又充满生机的桥梁型式。与普通梁式桥型相比，拱桥不仅外形美观，跨越能力也比较大。拱桥是一种推力结构，在竖向荷载作用下，拱脚有水平推力产生，在拱截面内引起压力，从而消弱了拱截面的拉应力，因而可以充分利用抗拉性能较差而抗压性能优越的污工材料。同时，污工拱桥的超载潜力大，养护费用小，耐久性能好，桥路连接顺适，不苛求支承条件和伸缩装置，为其他桥型所不及。拱桥作为压弯构件，随着跨径的增大

3、，高强材料的应用受到稳定问题的制约；而钢筋混凝土和预应力混凝土拱桥踟于自重较大，旌工架设阀题突撒。要解决拱桥施工闯题，～是要提高材料的强度，以减轻拱圈的自重，二是要使主拱圈本身成为自架设休系，在拱桥中也称为劲性骨架方法，便于无支架施工的实现。钢管混凝土拱桥为拱肋钢管肉包混凝土，即钢管表皮外露，与核心混凝土共同作为结构的主要受力组成部分，同时也作为施工是的劲性骨架。钢管混凝土应用于拱桥同时解决了拱桥材料高强化和拱圈施工轻型化的两大问题，因此成为拱桥的发展方向。最早将钢管混凝土应用于拱桥结构之中的是前苏联。1937年，前苏联在列宁格勒用集束小直径钢管混凝土做拱肋建造了跨径为l10m的跨越涅

4、瓦河的拱梁组合桥；1939年，前苏联又建造了位于西伯利亚NceTb，跨度达140m的上承式钢管混凝土桁肋铁路二铰拱桥。然而，从现有资料看，此后的相当长时间内，世界范围内没有再修建这种桥梁。1990年，中国第一座钢管混凝土拱桥四川的旺苍东河大桥建成，它为跨径115m的下承式预应力钢管混凝土系杆拱桥。由于钢管混凝土拱桥具有材料强度高、施工方便、造型美观等优点，又适逢我国大规模的交通基础设施建设时期，钢管混凝土拱桥在我国得以迅速发展。随着数蹙的增多，跨径与规模也不断增大，分布区域也越来越广。据不完全统计，我国己建和在建西南交通大学硕士研究生学位论文第2页的钢管混凝土拱桥总数已经超过200座。

5、钢管混凝土拱桥在我国得以迅速发展的原因：(1)近十几年来，我国大力加强交通基础设施建设，需修建大量的桥梁，对我国桥梁设计、施工、科研等工作提出了新的要求，也提供了极好的发展条件，使得我国桥梁技术迅速接近，有些方面甚至己达到国际先进水平。拱桥作为桥梁的基本桥型之一，在我国的公路、铁路以及市政工程中得到广泛的应用。由于我国的国情，拱桥桥型主要是钢筋混凝土拱和污工拱，直到现在还无法大量应用钢结构；而材料强度低，施工方面的困难一直困扰着拱桥跨径的发展。钢管混凝土拱桥的应用，给古老的拱桥注入了新的活力。(2)我国从50年代开始钢管混凝土结构的研究，虽然起步较晚，但进展很快，近十几年来，我国钢管混

6、凝土基础理论研究处于世界前列。钢管混凝土在厂房、高层建筑中的应用不断发展，为钢管混凝土应用于拱桥奠定了坚实的理论基础和工程实践基础。(3)随着我国经济建设的发展，社会劳动生产率不断提高，人工费用上涨幅度较大。另一方面，冶金业的发展，钢产量不断上升，虽然大量应用钢结构仍不大适合国情，但适当增加钢材用量，可以提高机械化、装配化水平，减少人工费用，加快施工进度，可求得较佳的综合效益。虽然钢管混凝土结构较其他钢筋混凝土结构的用钢量增加，但施工用钢量减少，所以工程实际用钢量并没有急剧上升，适合我国经济发展现状。(4)桥梁美学日益受到重视。拱桥是一种极具美学价值的桥梁结构形式，在我国具有深厚的文化

7、基础，有很强的民族特色。但传统的石拱桥和钢筋混凝土拱桥在大跨度拱桥中无法体现拱桥的美感，而钢管混凝土结构的应用，使拱桥更加轻巧，表现力更强，中承式、下承式等形式在城市桥梁中得到青睐，己建和在建的钢管混凝土拱桥有一半左右是城市桥梁。从20世纪60年代中期钢管混凝土开始引入我国，迄今已将近半个世纪。采用钢管混凝土的结构工程从无到有，由小到大，在我国先后建成的各类工程总数达到四五百项。尤其是改革开放以来的二十几年中，发展尤为迅速，在我国出现了世界最高