大跨度鋼管混凝土拱橋穩(wěn)定性分析

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1、西南交通大學(xué)學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨立進行研究工作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確的說明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。本學(xué)位論文的主要創(chuàng)新點如下：(1)在鋼管混凝土灌注施工中，應(yīng)考慮灌注管內(nèi)混凝土未形成強度時，其自重產(chǎn)生的偏載對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響。灌注過程應(yīng)按照先下弦后上弦、先外側(cè)后內(nèi)測的混凝土澆筑次序，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性較高。(2)鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)在整個施工過程中隨著施工階段的變化而變化；鋼

2、管內(nèi)混凝土未凝固前其自重全部由鋼管拱肋承受，一般在混凝土凝固前，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，施工時需要相應(yīng)保護措施；施工階段，橫向風(fēng)荷載的影響很小，考慮風(fēng)荷載的影響后各施工工況的穩(wěn)定安全系數(shù)僅下降了1％左右，幾可忽略不計。(3)橫撐的布置形式和剛度均會影響到雙肋拱的整體穩(wěn)定性，其中橫撐的布置形式對拱橋的橫向穩(wěn)定性影響最為顯著；橫撐對拱橋的整體剛度有很大的提升，K撐或X撐等斜撐對拱橋的側(cè)向穩(wěn)定性貢獻較大，可根據(jù)實際需要選用。(4)拱橋的寬跨比對結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性有很大的影響，可考慮合理增大寬跨比以改善拱橋的橫向穩(wěn)定性能，一般鋼管混凝土拱橋?qū)捒绫热?／17～1／20較佳。作者簽名：煢弗

3、日期：嗍糾i日f'日西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1頁第l章緒論1．1大跨度鋼管混凝土拱橋的發(fā)展概況隨著經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，我國城市交通的橋梁建設(shè)亦進入迅速發(fā)展時期。為改善城市交通，加強與周圍地區(qū)的聯(lián)系，人們?nèi)找嬉罂缭浇印⒑澈蜕焦?，建造安全、?jīng)濟和輕盈美觀的大跨徑橋梁。為此，不僅要改進橋梁設(shè)計計算的理論和方法，還需改進架橋的施工技術(shù)和發(fā)展高強輕質(zhì)的新結(jié)構(gòu)材料。鋼管混凝土正是這種高強輕質(zhì)且便于施工的高效結(jié)構(gòu)材料；其鋼管兼具安裝架設(shè)階段的勁性骨架，灌注混凝土階段的模板和鋼筋，以及在運營階段對核心混凝土的套箍約束等多種功能，較全面地解決了橋梁結(jié)構(gòu)所要求的用料省、安裝重

4、量輕、施工簡便、’承載能力大等諸多矛盾。鋼管混凝土己被公認為是建造大跨徑拱橋的一種比較理想的結(jié)構(gòu)材料。鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用歷史可以追溯到20世紀30年代，當(dāng)時前蘇聯(lián)建成了跨越列寧格勒涅瓦河的101m鋼管混凝土拱梁組合體系橋和位于西伯利亞跨徑達140m的鋼管混凝土桁拱。此后西歐、北美、日本、前蘇聯(lián)等工業(yè)發(fā)達國家的學(xué)者在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)理論和試驗研究方面獲得大量研究成果；并較多應(yīng)用于廠房建筑、多層和高層、立交橋以及特種工程結(jié)構(gòu)中。但是在國外鋼管混凝土拱橋修建得并不多，其真正的發(fā)展是在20世紀90年代的中國。自1990年在四川省旺蒼縣首先用吊裝，無支架施工法建成跨度115m的我

5、國第一座鋼管混凝土拱橋以來，短短數(shù)年間，鋼管混凝土拱橋如雨后春筍，在全國廣泛興建。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1990年到現(xiàn)在全國己建成近200座，其速度之快，為中外建橋史所罕見．。尤以重慶萬縣長江公路大橋跨度達420m，一跨過江，成為當(dāng)今混凝土大跨度拱橋的世界之最【¨。然而，作為一種應(yīng)用新材料的橋型，鋼管混凝土拱橋的理論研究目前還相對滯后，跟不上其發(fā)展步伐。．至今我國的鋼管混凝土拱橋設(shè)計和施工規(guī)范尚未出臺，對鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)受力特性以及施工技術(shù)的研究還剛剛開始。在鋼管混凝土承載能力的計算方面，‘大都借用建筑的設(shè)計規(guī)范，在施工過程的計算方面，也大都套用圬工拱橋或鋼筋混凝土拱橋的

6、計算方法。由于鋼管混凝土拱橋的大長細比、曲桿、壓彎、交替彎矩等特性顯然與建筑物中的柱子受力特-5不同，·‘而勁性骨架的施工方法也與其他類型的拱橋不一樣。同時，鋼管混凝土拱橋由于材料強度的提高，施工及成橋后的穩(wěn)定問題突出，雖引起注意，‘但目前的研究基本上沒有考慮其材料特性。在內(nèi)力計算方面，混凝土收縮、徐變、西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2頁溫度變化等引起的內(nèi)力計算的研究也還處在初期階段。因此，總結(jié)經(jīng)驗，在理論上深入開展鋼管混凝土拱橋的承載能力與施工控制研究是非常必要的。．1．2鋼管混凝土材料的特點鋼管混凝土是近幾十年發(fā)展起來的一種新型復(fù)合材料，它的基本原理是：借助內(nèi)填混

7、凝土來增強鋼管壁的穩(wěn)定性；借助鋼管對核心混凝土的套箍(約束)作用，使核心混凝土在工作時處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心混凝土具有更高的抗壓強度和抗壓縮變形能力。所以，鋼管混凝土在本質(zhì)上也就是由鋼管對混凝土實行套箍強化的一種套箍混凝土。鋼管混凝土利用了鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中相互間的組合作用，充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點，改善了其組成材料的力學(xué)性能：鋼管的約束作用提高了內(nèi)填混凝土的抗壓強度和彈性模量，而混凝土的支撐作用則反過來提高了鋼管的穩(wěn)定性。因而，鋼管混凝土是具有一系列優(yōu)越力學(xué)性能的新型材料。1．2．1鋼管混凝土的優(yōu)點(1)承載力高。對于