基于等效梁柱法的钢管混凝土桁式拱结构极限承载力的初应力折减系数计算方法

Concrete filled steel tubular(CFST) arch bridge has the issue of initial stress. The ultimate load-carrying capacity considering initial stress of CFST solid rib arch bridges of low span has investigated widely. Researches indicate that the UL of CFST solid rib arch bridge reduce significantly by initial stress..However,the ultimate load-carrying capacity considering initial stress of CFST truss arch bridges don't study well, which usually have great spans. With the increasing of span of CFST truss arch bridge, the issue of initial stress will be more distinctly..This project takes the CFST truss arch bridge as object, uses equivalent beam-column method, studies the reduction factor of initial stress of ultamate load-carrying capacity, the details are as following:.1) The influence mechanism is analyzed by subjected the initial stress to the CFST laced column, and the decreased reason of CFST ultimate load-carrying capacity is studied base on the theory of hooping effect..2) The ultimate load-carrying capacity calculated method of CFST laced column considering initial stress is proposed using investigation and theoretic derivation, testing and limit finite element parameters analysis, and also the relationship of UL of laced columns and truss arc ribs is revealed..3) the reduction factor calculated method of ultamate load-carrying capacity of CFST truss arch bridge with initial stress is presented base on the equivalent beam-column method..This project can be provided the based theory of using limited state design and calculation method of CFST truss arch bridge in practice.

钢管混凝土拱桥存在初应力问题，对有初应力的钢管混凝土实肋拱桥极限承载力计算方法的研究较为深入，研究表明，初应力会使其极限承载力明显下降。但对有初应力的钢管混凝土桁式拱桥极限承载力研究的不多。随着我国大跨度钢管混凝土桁式拱桥跨径不断增大，初应力问题已越来越突出。本项目以大跨度钢管混凝土桁式拱桥为研究对象，通过等效梁柱法，对其极限承载力的初应力折减系数计算方法开展应用基础研究。具体内容包括：理论分析初应力对钢管混凝土格构柱受力性能的影响机理，揭示初应力使其极限承载力下降的原因；通过理论分析、试验研究和有限元参数分析，建立考虑初应力的钢管混凝土格构柱极限承载力的计算方法；揭示有初应力的钢管混凝土格构柱和桁式拱结构极限承载力的相关关系；基于等效梁柱法，建立钢管混凝土桁式拱结构极限承载力的初应力折减系数简化算法，为实际工程中的钢管混凝土桁式拱桥采用极限状态法设计计算与应用提供理论基础。

钢管混凝土拱桥存在初应力问题，使得钢管混凝土拱桥极限承载力下降，其下降幅度可由初应力折减系数来计算。随着大跨度钢管混凝土拱桥跨径的增大，初应力也逐渐增加，影响越来越显著。不过，对于有初应力的钢管混凝土桁式拱结构受力性能和极限承载能力的初应力折减系数计算方法目前还缺乏深入的研究，对于有无初应力的钢管混凝土桁式拱结构的试验研究也未见报道。为此，本项目在开展有初应力的钢管混凝土格构柱和桁式拱结构的试验研究与有限元计算方法研究的基础上，进行了考虑初应力的钢管混凝土桁式拱桥极限承载力研究，给出了基于等效梁柱法的钢管混凝土桁式拱结构极限承载力的初应力折减系数计算方法。主要工作与结论包括以下几个方面：.（1）进行了已建与在建的钢管混凝土拱桥的初应力度调查，探讨了初应力对钢管混凝土结构极限承载力影响机理。结果表明，桁式拱桥的初应力度最大，哑铃形拱桥的初应力度次之，单圆管拱桥的最小。基于该调查分析结果，给出了钢管混凝土拱桥初应力度的简便计算公式。.（2）进行了以初应力度为主要参数的钢管混凝土格构柱（桁式构件）试验与有限元计算方法研究。结果表明，初应力的存在，降低了钢管混凝土桁式构件的极限承载力；初应力度与长细比、偏心率对极限承载力的影响存在着耦合作用。.（3）进行了有无初应力的钢管混凝土桁拱试验研究。结果表明，由于初应力的存在，使得钢管混凝土桁拱提前进入了弹塑性阶段，其极限承载力也具有一定程度的降低（约7%），而变形能力相比无初应力桁拱的会显著下降（超过20%），达到极限状态时的破坏程度相比无初应力拱来说要严重的多。.（4）进行了有初应力的钢管混凝土桁拱结构有限元计算方法的研究，基于等效梁柱法，提出了钢管混凝土桁拱极限承载力的初应力折减系数的计算方法。该计算方法已被最新的国家标准《钢管混凝土拱桥设计技术规范》所采纳，研究结果达到了国内领先、国际先进水平。