钢管混凝土拱桥的徐变分析及应用.pdf

钢管混凝土拱桥的徐变分析及应用摘要钢管混凝土是利用钢管和混凝土之间的紧箍力来提高核心混凝土的轴向承载力并增加薄壁钢管的稳定性，充分利用混凝土在三向压力下的变形特性，籍以获得比钢管和混凝土单独作用之和更高的承载力钢管混凝土的承载能力和施工特性在拱桥建设中被充分利用这种造价相对低廉的桥梁形式迎合了我国十年来对交通的需求状况，因而得到了广泛的应用相比于工程应用，钢管混凝土的性能研究还有待于深入徐变特性即是其中之一由于核心混凝土密闭于钢管中，没有水分流失，其特性不同于普通有干燥的混凝土在常应力下，虽然它的初期徐变较小；但在对数时间座标上，即使在几十年后也不会趋于水平因此钢管混凝土的徐变有它的特殊性性徐变下，应用叠加法和幂函数类的徐变函数可以有效地计算出钢管混凝土构件的徐变趋势同时，结构的徐变计算往往需要考虑计算速度和精度的统～由于拱桥在微小变形下内力基本不变，因此可以认为在较小时间片断内，徐变只影响变形，不影响内力这样可以把普通有限元程序直接应用于拱桥结构的徐变计算中，大大方便了工程应用本论文以浙江某钢管混凝土拱桥项目为背景先介绍该大桥的情况，然后是徐变计算的理论推导通过理论计算结果与实验的比较，证明方法的适用性，再论述拱桥结构的徐变计算方法。

接下来针对钢管混凝土徐变计算中存在的一些问题作了简单讨论然后就计算中忽略的紧箍力问题展开讨论，证明了它是可以忽略的最后根据徐变计算中的～些问题，用能量流动的方法对徐变本构作了试探性的研究并应用于钢管混凝土拱桥的徐变计算中关键字：钢管混凝土，拱桥，徐变，叠加法，本构关系C R E E PA N A L Y S I SO FA R C HB R I D G EO FC O N C R E T E —F I L L E DS T E E LT U B U L A RA N DI T SA P P L I C A T I o NA B S T R A C TC o n c r e t e ．f i l l e ds t e e lt u b u l a rf C F T ) u t i l i z e sc o n f i n i n gp r e s s u r eb e t w e e ns t e e lt u b ea n dc o r ec o n c r e t et oi m p r o v et h es t r e n g t ho fc o n c r e t ea n de n h a n c et h es t a b i l i t yo ft h i n ．w a l ls t r u c t u r e ．I te x h i b i t st h ef e a t u r eo fc o n c r e t eu n d e rt r i —a x i a I l o a da n da c q u i r e sh i g h e rs t r e n g t ht h a nt h es u m m a t i o no ft l l ec o n c r e t ea n ds t e e lt u b e ．A c c o r d i n g l y , C F Ti sw i d e l yu s e di nC h i n ai nt h ec o n s t r u c t i o no fa r c hb r i d g e si nt h el a s td e c a d ey e a r s ．C o n t r a s tt oi t sa p p l i c a t i o ni ne n g i n e e r i n g ．t h er e s e a r c ho fC F Tn e e d st ob ed o n ed e e p l y0 n eo ft h o s eu n k n o w nc h a r a c t e r i s t i c si sc r e e p ．B e c a u s et h ec o r ec o n c r e t ei ss e a l e di nt h es t e e lt u b ew i t hn om o i s t u r eb e i n gl o s t ，i t sc r e e pi sd i f i e r e n tf r o mt h a to fd r y i n gc o n c r e t e ．I nt h ec o o r d i n a t eo fl o g a r i t h m i ct i m e ，t h ec r e e ps t r a i no fs e a l e dc o n c r e t eu n d e rc o n s t a n tl o a dh a sn o tah o r i z o n t a la s y m p t o t e ．U n d e rt h ec o n d i t i o no fl i n e a r i t y ．t h ec r e e po fC F Tc a nb ec o m p u t e dw e l lb yS u p e r p o s i t i o nM e t h o da n dT w oP o w e rL a w , w h i c hi ss u g g e s t e db yB a z a n t ．M e a n w h i l e ，t h ei n t e r n a lf o r c e so fa r c hb r i d g ea r ea l m o s tc o n s t a n tw h e nt h es h a p eo fb r i d g ei sc h a n g e ds l i g h t l y ．W i t ht h i st r a i t ，t h et i m e —d e p e n d e n td i s p l a c e m e n to fa r c hb r i d g eC a l lb ec o m p u t e dw i t hg e n e r a lF E Ms o f t w a r e ． Ap r o j e c to fC F Tb r i d g e ，a sa ne x a m p l e ，i si n t r o d u c e di nt h i st h e s i sf i r s t l y ．S e c o n d l y , t h et h e o r yf o rc r e e pc o m p u t a t i o ni sd e d u c e da n dt h e n ．i t sr e s u l ti sv e r i f i e dw i t ht e s td a t ab e f o r ei ti sa p p l i e dt os t r u c t u r a lc o m p u t a t i o n ．T h i r d l y , t h et h e s i sd i s c u s s e ss o m em i s c o n c e p t i o np r e v a i l e di nt h i sf i e l d ．T h e ni tp r o v e st h a tt h ec o n f i n i n gp r e s s u r eo fC F Tc a nb en e g l e c t e di nt h ec o m p u t a t i o no fc r e e p ．F i n a l l yt h et h e s i sa t t e m p t st op u tf o r w a r dak i n do fc r e e pc o n s t i t u t i v el a wo fc o n c r e t ew i t ht h em e t h o do fE n e r g yF l o w , w h i c hi sn e e df o rt h ec r e e pa n a l y s i so fC F T ．K E YW O R D S ：c o n c r e t e —f i l l e ds t e e lt u b u l a r ，a r c hb r i d g e ，c r e e p ，s u p e r p o s i t i o nm e t h o d ，c o n s t i t u t i v e1 a w上海交通大学硕士学位论文第一章钢管混凝土概述一、钢管混凝土的应用情况1 ．钢管混凝土的特点钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，按截面形式不同，分为方钢管混凝土：圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土等⋯。

方钢管混凝土和多变形钢管混凝土的套箍作用不强，我国在这方面开展的研究现在还不多本论文的讨论针对圆钢管混凝土钢管混凝土的基本原理是借助钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，充分利用混凝土在三向应力下的变形特性，从而使核一t l ,混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力同时，套箍作用可以增加薄壁钢管的稳定性这样，钢管混凝土可以获得比钢管和混凝土单独作用之和更高的承载力，提高大载荷和动力载荷下的安全性钢管混凝±除具有强度高、重量轻、延性好、耐疲劳、耐冲击、耐火性能好等优越的性能外，还具有省工省料、架设轻便、旌工快速等优越的施工性能【2 J 【3 】f 4 J 钢管混凝土是在高层建筑和大跨度桥梁中应用高强混凝土的一种最有效和最经济的结构形式这是因为钢管对核心混凝土的套箍作用，能够有效克服高强混凝土的脆性：钢管内无钢筋骨架，便于浇筑高强混凝土，而且因有钢管分隔，与管外梁板结构的普通混凝土互不干扰，无交错浇灌的麻烦：钢管外面无混凝土保护层，能充分发挥高强混凝土的承载能力；钢管骨架自身的承载能力可以作为施工支架使用⋯2 蠢冈管混凝土的发展钢管混凝土的应用已有一百多年的历史早在1 8 7 9 年英国就出现了钢管中充填素混凝土的铁路桥桥墩，但当时空钢管内灌注混凝土的主要目的是防锈。

1 9 0 7年，美国人J o h nL a l l y 把圆钢管充填混凝土的房屋承重柱申请了专利进入本世纪，美、欧、前苏联的土木工程界等竞先开发利用钢管混凝土的建筑物2 0 年代前后，在美国的波士顿、纽约和芝加哥等地，曾将其用于单层和多层厂房建筑上海交通大学硕士学位论文的承重柱1 9 3 0 年在法国巴黎郊区的I b i s 地方用以建造过一座9 m 跨度的上承式拱桥接着于1 9 3 7 年在前苏联列宁格勒用集束的小直径钢管混凝士作为拱肋，建造了l O l m 跨度的下承式拱桥；1 9 3 9 年又在西伯利亚建成了跨度1 4 0 m 的上承式钢管混凝土铁路拱桥在这期间，前苏联开展了钢管混凝土基本力学性能的实验研究，G v o z d e v 教授深刻地阐明了钢管套箍混凝土的工作机理，并成功地用极限平衡法求解了钢管混凝土轴压短柱的极限承载能力口J i 但是，在早期的应用中，一般不考虑由于组成钢管混凝土的钢管及其核心混凝土之间作用力对承载力的提高对钢管混凝土力学性能进行较为深入地研究以及大范围推广应用主要是在6 0 年代以后由于浇灌工艺未得到很好解决，而且当时使用的钢管主要是热轧管，其壁厚较大，因而经济效果不明显。

这使钢管混凝土的推广应用受到一定影响～直到8 0 年代后期，由于先进的泵灌混凝土工艺的发展，解决了现场管内混凝土的浇灌工艺问题，加以现代高强混凝土需要用钢管克服其脆性，因此在美国、澳大利亚等国的高层建筑中，钢管混凝土结构技术又悄然兴起，传统的钢柱被钢管高强混凝土所取代，并被认为是高层建筑营造技术的一次重大突破【1 1 1 3 1 。