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第200期 考虑非平截面初始应力的劲性骨架混凝土拱桥抗震性能分析 ... ...

2023-12-5 14:17

【52监测网】第200期 考虑非平截面初始应力的劲性骨架混凝土拱桥抗震性能分析


52监测网专家报告分享-第200期
《考虑非平截面初始应力的劲性骨架混凝土拱桥抗震性能分析》
西南交通大学 邓开来

目录
一、研究背景
二、结构分析
三、分析结果
四、研究结论

内容介绍

一、研究背景

钢管混凝土(CFST)劲性骨架混凝土拱桥
• 超大跨度混凝土拱桥的常用结构形式


CFST劲性骨架混凝土拱桥的成拱方案
• 分环分段,平衡浇筑


拱脚断面的非平截面应力分布


二、结构分析

某典型CFST劲性骨架混凝土拱桥
• 主跨600m,矢跨比1:4.8
• 拱上结构:T构+连续梁,50m跨预应力T梁


• 构件截面信息:拱圈截面高度6.4m-9.6m


分环浇筑施工方案
• 三环、四工作面、六节段


数值建模
• ABAQUS平台
• 梁单元模型


• 混凝土材料模型


• HRB400钢筋:Clough指向型本构
• Q420钢管:普通随动硬化双线性本构


• 支座模型:二次刚度为0的双线性模型


模型验证


叠合单元模型VS.整体现浇模型
• Model Ⅰ:考虑分环浇筑过程
• Model Ⅱ:不考虑分环浇筑过程


分环浇筑过程模拟(Model add)


模型M1计算过程
• 总计40个分析步


地震波选取
• PEER数据库,MSE选波法,7条地震波
PGA=0.3g(E1),0.51g(E2),0.84g(VRE),竖向:水平=0.65


三、分析结果

初始挠度对比
• 最大挠度、挠度分布均不相同


拱脚断面应力对比
• 拱脚断面呈现阶梯型应力分布,上顶板应力更低,下底板应力更高
• CFST劲性骨架承担了更多的荷载


模态对比
• M1的自振周期小于M2:M2的外包混凝土应力更高,切线刚度略小
• M1和M2的振动模态基本一致


极限破坏状态,GM3,PGA=0.84g
• M1和M2的损伤分布模式比较接近
• M2中拱圈系梁、拱上立柱系梁屈服略多


拱顶位移统计


拱圈损伤状态统计——钢筋、钢管屈服为判别指标
• 顺桥向,M1的CFST下弦杆更易屈服
• 横桥向,M1和M2损伤统计差距不大


拱脚断面应变统计——最大拉应变


拱脚断面应变统计——最大压应变


GM1,E2,拱脚断面N-M相关曲线


N-M相关曲线——能力曲线
• 屈服准则:钢管屈服/钢筋屈服
• 弯矩能力不对称,减小了17.2%和12.3%


四、研究结论

非平截面初始应力分布对CFST劲性骨架拱桥的初始状态有显著影响
• 度分布不同,周期有一定减小
考虑非平截面初始应力会加大CFST劲性骨架拱桥的抗震需求
• 顶横向位移、上顶板拉应变(开风险增大)、下底板压应变(屈服风险增大)
非平截面初始应力使得截面N-M能力曲线缩小
• 弯矩能力的不对称分布,基于钢管/钢筋屈服准则,抗弯能力减小17.2%/12.3%


《考虑非平截面初始应力的劲性骨架混凝土拱桥抗震性能分析》
邓开来 西南交通大学

注:本内容仅供个人研学交流,版权归原作者所有


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