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(diǎn)，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(duì)外包混凝土、核心混凝土及鋼管在受力過(guò)程中的性能分析，提出了鋼管混凝土初應(yīng)力對(duì)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(jiǎn)化公式，可為同類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)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(wú)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(dāng)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?jiàn)，由于鋼管型鋼勁性骨架自重、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(lái)表示，為鋼管的初應(yīng)力，為鋼材的屈服強(qiáng)度。

勁性骨架的設(shè)計(jì)主要由拱圈外包混凝土澆注時(shí)的受力控制。先期澆筑的混凝土只有形成強(qiáng)度和鋼管混凝土勁性骨架組成組合結(jié)構(gòu)后才承擔(dān)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(shí)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(duì)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?jiǎn)卧臻g有限元模型計(jì)算。將初始應(yīng)力值施加到鋼管和核心混凝土實(shí)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(kāi)計(jì)算，3/8截面最小初應(yīng)力值和其它內(nèi)插值對(duì)構(gòu)件極限承載力的影響在結(jié)論中說(shuō)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(jìn)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(duì)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(jìn)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(fù)。

4 有限元結(jié)果分析

⒌ 由于混凝土開(kāi)裂，端部約束的影響等，曲線中沒(méi)有得到下降段，但從以上分析可以認(rèn)為時(shí)構(gòu)件達(dá)到極限狀態(tài)。對(duì)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(duì)構(gòu)件承載力的影響

結(jié)果表明，計(jì)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(dá)11%，以承載力降低不超過(guò)10%為界，建議對(duì)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(jì)中計(jì)算極限承載力時(shí)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(duì)鋼管混凝土勁性骨架混凝土構(gòu)件承載力計(jì)算結(jié)果，用回歸分析法求出了承載力影響系數(shù)的實(shí)用計(jì)算公式（4.1）。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行回歸分析得到了的實(shí)用計(jì)算公式：

（Reference）

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

[2]劉潔．王正中．鋼管高強(qiáng)混凝土增強(qiáng)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(bào)（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(qiáng)鋼管（骨）混凝土核心柱軸壓性能的試驗(yàn)研究．廣州：華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002

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