有初應(yīng)力的勁性骨架混凝土構(gòu)件承載力分析

趙云鵬

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074）

有初應(yīng)力的勁性骨架混凝土構(gòu)件承載力分析

趙云鵬

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074）

有初應(yīng)力的勁性骨架混凝土構(gòu)件承載力是鋼管混凝土拱橋研究重點，借助大型有限元程序建立了鋼管混凝土勁性骨架混凝土短柱構(gòu)件極限承載力的數(shù)值分析模型，對外包混凝土、核心混凝土及鋼管在受力過程中的性能分析，提出了鋼管混凝土初應(yīng)力對鋼管混凝土勁性骨架混凝土結(jié)構(gòu)承載力影響系數(shù)的簡化公式，可為同類結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算作參考。

初應(yīng)力；勁性骨架；承載力

1 緒論

鋼管混凝土勁性骨架鋼筋混凝土拱橋的施工工藝一般是先用無支架方法架設(shè)鋼管型鋼勁性骨架成拱，然后圍繞鋼管型鋼勁性骨架內(nèi)填外包混凝土，鋼管型鋼勁性骨架充當混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，不再拆卸收回，而是把其作為支架結(jié)構(gòu)，在施工期間承受結(jié)構(gòu)的自重以及施工荷載?？梢姡捎阡摴苄弯搫判怨羌茏灾?、核心混凝土濕重及施工荷載等因素的影響，導(dǎo)致鋼管混凝土勁性骨架與外包鋼筋混凝土作為組合結(jié)構(gòu)共同承受荷載之前，鋼管混凝土勁性骨架中已經(jīng)產(chǎn)生了初應(yīng)力和初應(yīng)變。初應(yīng)力的大小一般用初應(yīng)力度β來表示，為鋼管的初應(yīng)力，為鋼材的屈服強度。

勁性骨架的設(shè)計主要由拱圈外包混凝土澆注時的受力控制。先期澆筑的混凝土只有形成強度和鋼管混凝土勁性骨架組成組合結(jié)構(gòu)后才承擔后期澆筑的混凝土重量以及施工荷載，根據(jù)背景工程廣元昭化嘉陵江特大橋主拱圈外包混凝土實際的澆注順序，勁性骨架最大、最小初應(yīng)力分別發(fā)生在拱頂截面和3/8截面。

本文基于鋼管混凝土勁性骨架混凝土軸心受壓短柱構(gòu)件[1]，探討不同鋼管混凝土初應(yīng)力對該構(gòu)件極限承載力的影響。

2 初應(yīng)力的施加

初應(yīng)力為截面正應(yīng)力，按梁單元空間有限元模型計算。將初始應(yīng)力值施加到鋼管和核心混凝土實體單元上，完成初始應(yīng)力的施加。

只將基于拱頂勁性骨架最大初應(yīng)力下構(gòu)件的承載力展開計算，3/8截面最小初應(yīng)力值和其它內(nèi)插值對構(gòu)件極限承載力的影響在結(jié)論中說明。

3 有限元分析結(jié)果

采用逐步增加荷載直至模型失效的方法進行有限元材料非線性和幾何非線性的雙重非線性分析。由于端部設(shè)置了鋼墊板，對混凝土的應(yīng)力有一定的影響，為提高分析精度，選取構(gòu)件的中間節(jié)段進行外包混凝土、核心混凝土、鋼管結(jié)果分析，以排除端部約束和加載的影響[2]。約定：應(yīng)力和應(yīng)變均以拉為正，壓為負。

4 有限元結(jié)果分析

⒌ 由于混凝土開裂，端部約束的影響等，曲線中沒有得到下降段，但從以上分析可以認為時構(gòu)件達到極限狀態(tài)。對應(yīng)的外包混凝土最大正應(yīng)力核心混凝土最大正應(yīng)力，鋼管最大正應(yīng)力

表4.1 初應(yīng)力度對構(gòu)件承載力的影響

結(jié)果表明，計入鋼管混凝土初應(yīng)力后，勁性骨架混凝土軸心受壓短柱構(gòu)件的極限承載力最大下降幅度達11%，以承載力降低不超過10%為界，建議對勁性骨架混凝土結(jié)構(gòu)的初應(yīng)力度控制在0.6以內(nèi)，承載力影響偏于安全[4]。

通常，工程設(shè)計中計算極限承載力時不考慮鋼管混凝土初應(yīng)力，但為了方便工程應(yīng)用，結(jié)合對鋼管混凝土勁性骨架混凝土構(gòu)件承載力計算結(jié)果，用回歸分析法求出了承載力影響系數(shù)的實用計算公式（4.1）。對計算結(jié)果進行回歸分析得到了的實用計算公式：

（Reference）

[1]林擁軍，馮遠，官慶，黃宗瑜，程文瀼．配有圓鋼管的鋼骨混凝土柱的設(shè)計方法．建筑結(jié)構(gòu)，2004，34（1）：13-16

[2]劉潔．王正中．鋼管高強混凝土增強的鋼筋混凝土軸壓短柱承載力研究．西北農(nóng)業(yè)科大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005,33（12）：130-134

[3]王剛，錢稼茹，林立巖．鋼管混凝土疊合構(gòu)件受彎性能分析．工業(yè)建筑，2006，36（2）：68-81

[4]謝曉鋒．高強鋼管（骨）混凝土核心柱軸壓性能的試驗研究．廣州：華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002

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