PDF《钢管混凝土（单圆管）单肋拱空间受力试验研究》

100 工程力学中力.试验还研究了系杆拱和拱脚的约束效应. Papangelis 和Trahair(1987)进行了工字形截面圆弧 铝拱的弯扭稳定试验[2] .Sakata 和Sakimoto(1990) 以多个集中力模拟面内均布竖向荷载,进行了

11 根开口截面钢拱受力全过程的试验研究,分析了拱 肋长细比、荷载方向、横撑形式等参数对空间稳定 极限承载力的影响程度, 并进行了数值模拟分析[3] . Poutre, Snijder 和Hoender- kamp(2003)等人进行了 半圆形宽翼薄壁工字钢钢拱在拱顶承受集中荷载 作用下的非弹性稳定试验.为了准确模拟双铰拱的 边界条件,建立了一套测试装置以减少支承点和加 载时产生的摩擦力对破坏荷载的影响,同时通过精 确地测量拱的初始缺陷来准确地模拟试验.试验的 目的是通过试验数据对有限元分析程序进行校正. 论文进行的初步的有限元分析结果与模型拱在试 验中的受力行为吻合良好[4] . 与钢拱桥相比,钢管混凝土拱桥作为一种近十 几年来在我国应用发展很快的新型拱桥,它的研究 才刚刚开始.在钢管混凝土拱桥稳定极限承载力方 面,受面内荷载作用方面已进行了一系列的试验研 究,取得了一定的成果[5] .然而,在空间受力方面, 目前仅见杨永清(1998)进行的两个双肋拱(一个提 篮拱和一个平行拱)的试验[6] .从数量上看显然是太 少了.从结果看,这两个模型拱的试验效果并不理 想.在对称荷载作用下,横向和竖向的变形曲线均 出现了明显的不对称现象,尤其是平行拱.因此, 开展钢管混凝土拱空间受力全过程的试验研究是 非常必要的. 为此,本文进行了钢管混凝土(单圆管)单肋拱 的空间受力全过程试验.采用单肋拱是为了突出抗 扭刚度对空间稳定极限承载力的影响,强调研究的 基础性,同时也可为无风撑拱的工程实践提供理论 依据.为降低拱在对称荷载作用下对初始缺陷的敏 感性,模型试验中面外的荷载采用单点集中力.同时,本文还对应用通用程序 ANSYS 进行钢管混凝 土模型拱受力进行了初步分析,以为今后的深入研 究打下基础.

1 试验简介 1.1 模型拱肋制作 试验模型的原型为福建省福鼎市山前大桥.该 桥为主跨净跨 75m 的钢管-钢管混凝土复合拱桥, 矢跨比 1/5,净矢高 15m,主拱肋为外径 1.2m 的单 圆钢管,拱脚段壁厚 16mm,内填 C40 混凝土,其 余段拱肋为壁厚 20mm 的空钢管[7] . 模型拱基本按 1∶10 的比例进行设计.模型拱 的跨径为 7500mm.受钢管规格限制,模型拱肋钢 管的径厚比无法与实桥相同,考虑到本试验以定性 研究拱的整体受力性能为主,所以直接采用全跨等 厚的φ121mm*4.5mm 直缝钢管进行模型制作. 管内 混凝土采用 42.5#普通硅酸盐水泥、粒径为 5mm~ 15mm 的碎石、中等粒度的河砂和水进行配置.根 据配合比试验,取水泥、沙、碎石、水的配合比为 430.0∶597.4∶1095.8∶165.2,并加入适量的 FDN 减水剂充分拌和.混凝土试块养护

28 天后测得的 立方体抗压强度为 66.7MPa, 钢管的材性试验结果: 弹性模量为 206MPa,屈服应力为 322MPa,屈服应 变为 1513?ε. 模型拱设计拱轴线为二次抛物线.但在制作及 安装过程中,由于受到制作工艺、混凝土浇筑、吊装、焊接等各种因素影响,其拱轴线与设计拱轴线 存在着偏差.为此,在模型拱安装完毕、正式加载 前,对实际拱轴线进行了量测.竖向(面内)误差呈 M 型,最大误差为 4.5mm,为跨径的 0.06%.横向 误差呈 S 型, 最大误差为 0.6mm, 为跨径的 0.008%. 模型拱拱轴线误差分布见图 1. 误差(mm) 跨径(mm) 右拱脚 拱顶 左拱脚