基于可靠度方法的钢管砼拱桥施工期整体稳定分析论文_隋晓

摘要：灌注混凝土是钢管砼拱桥施工过程中的关键阶段，本文考虑材料波动性，以初应力和几何线型缺陷作为基本变量，对灌注混凝土期间的结构整体稳定开展可靠性分析。

关键词：钢管混凝土拱桥，可靠度，初应力，整体稳定

Core-concrete pumping is the key stageduring the construction of CFST arch bridge.In this paper, the initial stress and geometric linear defects are two basic variables.Structure stability during core-concrete pumping process is analyzed according to the principle of structure reliability.

Keywords：concrete filled steel tube arch bridge，reliability，initial stress，structure stability

1 工程背景

本文案例是一座100m跨中承式钢管混凝土拱桥，主桥全长150m，其结构体系为“提篮式”自平衡钢管混凝土中承式系杆拱桥。主孔跨径为100m，边孔跨径为25m。主拱内倾10度，边拱内倾6度。主跨拱肋为钢管混凝土，其拱轴线为二次抛物线，矢高25m。边跨拱肋为钢筋混凝土材料，矢高7.5m。结构安全等级为一级。

2 结构建模

本文采用通用有限元软件ANSYS建立计算模型。在计算模型中，钢管拱肋、风撑、横梁采用空间梁单元来模拟，系杆和吊杆采用索单元（仅受拉、不受压、不受弯）模拟，胎架则采用仅受压、不受拉的单元模拟。拱脚和承台采用实体元建模，使用桩侧的弹簧支撑来模拟土压力的影响。全桥计算模型如下图所示：

3 考虑初应力影响的拱桥施工期稳定研究

3.1 灌砼前钢管初应力的影响

钢管混凝土的主要优势是抗压强度高，因此被大量地应用于柱子、拱桥等以承压为主的结构中，稳定问题通常是拱桥承载能力的控制因素。由于初应力的存在，钢管提前进入塑性，整体刚度下降。拱桥的拱肋具有较大的偏心率及长细比，在与初应力的共同作用下将引起一类弹性稳定系数的下降。刚度的下降也会引起几何非线性影响的增大。

经分析，对于本文案例，最大初应力出现在拱脚截面内侧钢管下表面，初应力大小为60.18MPa（压力），至钢管混凝土灌注完毕，初应力度约为20%。在后续稳定性分析中，钢管初应力的影响将被重点考虑。

3.2灌注钢管混凝土阶段拱桥失稳模态

本文对灌注第一批钢管混凝土施工阶段进行屈曲分析。在本施工阶段，第一阶屈曲模态为结构平面外侧倾失稳，屈曲特征值为56.184，第二阶屈曲模态为平面外反对称失稳，屈曲特征值为81.552。