哑铃型钢管混凝土拱肋脱空与鼓管分析

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1、分类号：U4410710-2015121127硕士学位论文哑铃型钢管混凝土拱肋脱空与鼓管分析侯克鹏导师姓名职称许汉铮副教授申请学位类别硕士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年5月12日学位授予单位长安大学AnalysisontheEmptyingandBulgingTubeofDumbbelltypeConcrete-filledSteelTubeConcrete-FilledSteelTubeArchRibAThesisSubmittedfortheDegreeofMast

2、erCandidate:HouKepengSupervisor:Prof.XuHanzhengChang’anUniversity,Xi’an,China摘要钢管混凝土拱桥作为组合结构具有许多优势，二十世纪末在我国进入了快速应用发展期。但钢管混凝土拱肋脱空与鼓管会对其应用带来不利影响。本文结合实例对钢管混凝土拱肋脱空与鼓管进行分析。利用平面应变理论推导在轴压、温度、收缩作用下钢管与混凝土界面处产生的拉应力与脱空高度计算式，通过实例计算定量分析各因素影响。在轴压与温度作用下若不采取措施，界面脱粘极易发生。三种因素作用下界

3、面脱空高度与拉应力变化规律相同。哑铃型钢管混凝土构件在界面有粘结与无粘结情况下抗弯刚度变化进行理论推导分析，并进行实例验证。结合钢管混凝土拱桥脱空检测实例建立ANSYS模型，对影响结构受力性能的参数进行分析。拱肋脱空率增大会降低其抗弯刚度；含钢率增加对脱空造成的刚度降低有一定补偿作用；钢管混凝土拱桥在脱空情况下自振频率降低，而振型无变化；脱空会使结构极限承载力降低，影响使用性能。哑铃型钢管混凝土拱肋在施工阶段的鼓管问题，利用ABQUS对拱肋不同灌注顺序进行模拟，分析各工况下拱肋截面最大应力和变形特点。分析哑铃型钢管混凝

4、土拱肋鼓管后对承载力的影响。对成桥阶段拱肋鼓管实例进行荷载试验，通过挠度与应变值分析，发现拱肋鼓管部位抗弯刚度降低；通过实测与理论计算的模态与频率对比分析得到结构整体刚度降低，振型变得更加复杂；在鼓管位置容易形成振型畸变点。钢管混凝土拱肋脱空与鼓管原因从设计到后期运营进行了系统分析，对脱空与鼓管防治措施，从材料、构造、施工工艺、处置方法几个方面进行了归纳。对加设拉杆来预防灌注混凝土阶段拱肋鼓管开裂问题进行有限元分析，可知腹板设置横向拉杆与钢管间加设竖向拉杆可以有效减小拱肋截面最大应力值和腹板横向变形。关键词：脱空机理抗

5、弯刚度动力性能极限承载力施工工艺防治措施IAbstractAsacompositestructure,theconcrete-filledsteeltubehasmanyadvantages.Attheendofthe20thcentury,ithasenteredarapidapplicationdevelopmentperiodinChina.However,theemptyingoftheconcrete-filledsteeltubulararchribsandthebulgingtubewillhaveana

6、dverseeffectontheirapplication.Inthispaper,theanalysisoftheemptyingandexpansionoftheconcrete-filledsteeltubulararchribsiscarriedoutwiththeaidoftheemptyinganddrumsamples.Basedonthetheoryofplanestrain,thetheoreticalformulasoftensilestressandvoidheightattheinterfac

7、ebetweensteeltubeandconcreteunderaxialcompression,temperatureandshrinkagearededuced,andtheinfluenceofeachfactorisquantitativelyanalyzedbyexamplecalculation.Ifnomeasuresaretakenunderaxialpressureandtemperature,interfacedebondingisinevitable.Theheightoftheinterfac

8、eundertheeffectofthreefactorsisthesameasthechangelawoftensilestress.Thedeflectionstiffnessofdumbbell-shapedconcrete-filledsteeltube(CFST)memberswithandwithoutbondingw