钢管混凝土桁梁整体及其节点极限承载力试验与有限元法研究

作为钢管桁架与钢管混凝土结构组合的一种新型结构，钢管混凝土桁梁受力性能理论研究滞后于工程应用。本文进行预应力钢管混凝土桁梁标准试件受弯受剪极限承载力试验研究；运用通用程序建立壳－实体单元模型研究钢管混凝土桁梁受力全过程，对钢管混凝土桁梁整体及其节点极限承载力的主要影响参数进行三重非线性分析，提出工程上实用的反映节点柔度影响的梁单元法。结合先期已完成的无预应力简支钢管混凝土桁梁和轴向受载钢管混凝土K形节点研究成果，系统总结（有、无预应力，静定、超静定）钢管混凝土桁梁结构体系受力性能，提出钢管混凝土桁梁整体及其节点极限承载力实用算法，以及常用钢管混凝土桁梁结构体系的静力设计理论。

通过模型试验和有限元法，对钢管混凝土桁梁结构体系受力性能、整体及其节点承载力实用算法以及静力设计方法进行了研究。以四川干海子大桥为原型设计及制作了钢管混凝土桁梁模型标准试件，桁梁模型试验参数包括桁梁剪跨比、预应力度和混凝土强度等级。采用通用有限元程序ANSYS建立了平面梁单元模型和三维实体单元模型，对比分析了两种有限元法的分析方法和计算精度，并进行了有限元参数分析。结合试验研究和有限元分析结果，对钢管混凝土桁梁的工作机理（如弦杆管内混凝土应变状态、预应力工作机理）、界限破坏模式、极限承载力等进行系统研究。结合先期已完成的无预应力简支钢管混凝土桁梁和轴向受载钢管混凝土K形节点研究成果，系统总结了钢管混凝土桁梁（含预应力）结构体系受力性能、承载力实用算法以及结构设计建议。