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1、(总第93期)福建建筑Vol·932005年第3期FujianArchitecture&ConstructionNo3·2005钢管混凝土单肋拱面外屈曲参数分析12黄文金,陈宝春(1.福建农林大学交通学院福建福州350002;2.福州大学土木建筑工程学院福建福州350002)摘要:以钢管混凝土单肋拱桥空间有限元模型为基础,对面外屈曲临界荷载的计算方法进行了探讨和比较,并就拱轴线型、加载点数、矢跨比、含钢率、管内混凝土以及拱肋刚度等参数对面外屈曲的影响进行了分析,分析结果可为钢管混凝土拱桥拱肋的设计提供建议。关键词:钢管混凝土单
2、肋拱面外屈曲参数分析设计中图分类号:U44811232文献标识码:A文章编号:1004-6135(2005)03-0003-05ParametersAnalysisonLateralBucklingofConcreteFilledSteelTubularSingleArch12HuangWen-jin,ChenBao-chun(11CollegeofTraffic,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou,Fujian350002,China;21CollegeofCivilE
3、ngineeringandArchitecture,FuzhouUniversity,Fuzhou,Fujian350002,China;)Abstract:Finiteelementspatialmodelwasestablishedtoanalyzelateralbucklingloadofconcretefilledsteeltubularsinglearch1Param2etersincludearchaxis,loaddistributionmode,ratioofrisetospanandarchribstiffn
4、esswereanalyzedtofindouttheirinfluencesonlater2albucklingloads1Somesuggestionsfordesignwerepresented1Keywords:concretefilledsteeltube;singlearch;outofplane;buckling;parameteranalysis;design1概述2单肋拱弹性一类稳定计算方法大跨径拱桥的稳定验算是结构设计中的关键内容。钢管单肋拱的面内屈曲临界荷载可以等效成轴压柱求解。同混凝土拱桥一般跨径较大,
5、其稳定问题尤为突出。拱的稳定样,对于单肋拱的面外屈曲临界荷载也可以采用与面内计算[3]问题从空间的失稳形态上可分为面内失稳和面外失稳。从失相似的公式稳时是否发生平衡分支亦分为分支点失稳和极值点失稳,或EIyqcr=K3⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)称一类失稳和二类失稳。如果拱只受面内荷载,当作用在拱l平面内的荷载达到临界值时,拱可能离开其荷载作用平面向式中EIy为拱肋面外抗弯刚度;K为单肋拱面外屈曲稳空间弯扭形式的平衡状态过渡,称之为拱的面外屈曲。定系数;l是拱的计算跨径。实际的拱结构,由于面外荷载的作用,或由于制作
6、方面存对于均布径向荷载作用下的矩形等截面圆弧拱,K值为22α在的出平面的几何误差,拱不可能是理想的面内受力结构,因321-l4π2πK=⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)此,拱的空间稳定问题实质上也应该是极值点失稳问题,也即3α2α2R1+λ二类稳定问题。然而,二类稳定问题所涉及到的材料本构关2π系,对于钢管混凝土拱桥来说,由于组合材料的本构关系复式中α为拱的开角;R为圆弧拱的半径;λ为拱肋刚度比杂,使得有限元分析的结果与试验结果相比还有一定的距(面外抗弯刚度EIy与抗扭刚度GJd之比)。[1]离。然而,拱毕竟是以面内受力为主,横桥
7、向荷载或横桥对于承受均布铅垂荷载作用下的矩形等截面抛物线拱,向初始缺陷,相对于面内荷载的影响要小很多,拱的面外失稳前苏联学者Динник给出了不同矢跨比和刚度比有关的K[3]问题比之拱的面内稳定问题其一类失稳的特征更为明显。钢值。这种方法可以看成是将抛物线拱等效成圆弧拱,所以管混凝土拱桥因材料强度高和跨越能力强,拱肋一般比较柔又叫等效圆弧拱法。细,同时受到行车空间的限制和美观上的要求,横向联系一般不管是等效圆弧拱法还是有限元法,都将涉及到拱肋刚做得比较简捷。大量的桥例分析表明,钢管混凝土拱桥的第度的取值问题。目前国内外几本钢管
8、混凝土结构设计规范关一阶屈曲模态一般为面外失稳[2]。为此,本文以一钢管混凝于组合截面的刚度计算方法存在着较大的差异,作为初步分[4]土拱桥实例为分析对象,对有限元解与等效圆弧拱法计算结析,本文暂按CECS28:90的方法计算,见式(3)。果进行了比较,并对拱轴线型、加载点数
