【摘要】：啞鈴形鋼管混凝土拱橋因其承載能力強、施工過程便捷、跨越距離長、外觀造型優(yōu)美等特點,在各類截面的鋼管混凝土拱橋中應用最為廣泛。但是目前的研究大多集中在單圓管拱肋,對啞鈴形拱肋的理論與實驗研究比較少。鋼管混凝土拱的面外穩(wěn)定性問題一直是研究重點,而拱結構的失穩(wěn)是材料和幾何雙重非線性綜合作用的情況,失穩(wěn)破壞和強度破壞通常難以鑒別。因此,結構受力狀態(tài)理論應運而生,建立統(tǒng)一的失效判定準則將這兩種失效模式納入在統(tǒng)一的框架內,關注結構受力狀態(tài)變化的本質特征——失效狀態(tài),更新了結構失效荷載的定義,確定了結構各級性能水準的量化驗算指標。目前結構受力狀態(tài)理論中對實驗數據的處理有很多假設,解釋比較牽強。因此,需要新的插值方法來輔助研究以全面透徹地研究結構整體的受力狀態(tài)變化特征。但是常規(guī)的插值方法的物理意義不明確且插值精度不高。因此本文結合數值模擬研究一種新的空間插值方法,充分考慮了數據背后的物理模型信息以提高插值精度。通過考慮荷載不確定性和材料缺陷的擬真實模型驗證了數值形函數方法的有效性,結果表明其具有良好的插值性能和廣闊的發(fā)展前景。另外,本文應用結構受力狀態(tài)分析理論與方法,對啞鈴形鋼管混凝土拱肋的試驗數據進行數據建模分析,揭示結構承載過程中的失效特征,以及結構各個組成部分和各種內力形式的受力狀態(tài)子模式特征等,驗證結構失效判定準則。并且用ANSYS軟件對該啞鈴形拱橋實驗模擬進行有限元模擬分析,并通過與實測值的對比分析了常規(guī)模擬的優(yōu)缺點,結果表明模擬結果與實驗數據的差距不可避免,因此很有必要研究插值方法。使用數值形函數方法拓展得到截面應變場,進一步利用纖維模型的本構通過數值積分得到截面軸力和彎矩,從較為精確的內力層次展開分析,更容易把握結構的局部和整體工作性能,從而進一步驗證和揭示結構承載過程中的規(guī)律性工作特征,豐富了結構受力狀態(tài)理論�？傊�,希望通過本文的研究,能豐富和發(fā)展鋼管混凝土拱的面外受力性能研究,為工程設計的優(yōu)化提供有效建議。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U448.22
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文這主要是因為，與相同跨徑的預應力混凝土梁橋相比，鋼管混凝土啞鈴形拱橋不僅跨越能力強、結構類型眾多、造型美觀，而且其上下部結構施工方便、造價適中，在不同橋址區(qū)多樣復雜的地形、地質、景觀要求等條件下均可選用適當的結構類型建橋。圖 1-1 展示了兩個典型的啞鈴形拱橋工程實例。1990 年以來，啞鈴形拱橋的工程應用不斷增多，尤其近 5 年增長速率加快，新建拱橋的數目約有 30%。這主要是因為鋼管混凝土啞鈴形拱橋不僅跨越能力強、造型美觀、造價適中、施工方便，而且相較于單圓管拱，其截面形狀較靈活，可調節(jié)面內外慣性矩之比。并且在復雜的橋址區(qū)地形地質，和多樣的景觀要求等條件下，可靈活選取適當的結構類型和支承條件進行工程建設。

效荷載對初始缺陷的敏感性弱，結果相對比較確定。在試驗數據或數值計算數據的基礎上進行數據再建模來確定結構的失效荷載和破壞模式，分析結構受力狀態(tài)特征的演變規(guī)律，為揭示結構的失效機理和協(xié)調工作性能奠定了基礎。2.3 實驗簡介該啞鈴形拱試驗模型以鄭州黃河公路二橋[9]為原型。模型拱基本按比例1:10 進行設計，模型拱的凈跨徑 L = 8.5 m，矢跨比與原型一致。兩個鋼管皆采用 Φ108×4 mm 的無縫低碳鋼管，它們由兩塊厚 4 mm、相距 50 cm 的鋼腹板焊接連接，總體布置如圖 2-1(a)所示。材料屬性由材性試驗測得，其中混凝土立方體抗壓強度為 49.8 MPa，鋼材的彈性模量和屈服強度分別為 201 GPa 和 239.5MPa。模型拱采用面內、面外共同加載，加載裝置如圖 2-1(b)所示。在跨徑的六分點截面處施加面內豎向集中力。面外在拱頂處施加水平力，大小為單點豎向力的 10%。拱軸線為二次拋物線，表達式為 y= -0.104 x2。模型拱為無鉸拱，焊接于厚 25 mm 的鋼底板上，并用厚 25 mm 的三角鋼板焊接于拱腳臺座，以加強拱腳的約束固定作用。

哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文2.5.2 有限元模型模擬鋼管混凝土構件常用的建模方法為實體單元法、塑性鉸法和纖維模型法。實體單元法建立鋼管混凝土拱模型需要定義 接觸 來建立鋼管和混凝土之間的粘結作用，對于拱這種大型構件而言不易收斂，此外，實體及殼單元計算效率較低，進行極限承載力分析時耗費時間過長。纖維梁柱單元模型直接從截面內纖維的本構關系出發(fā)得到單元乃至整個構件的非線性性能，已成為結構精細化模擬的必要手段，得到廣泛應用。初始缺陷對鋼管混凝土構件的承載力影響顯著。使用模型拱加工誤差的實測值作為拱的初始形狀缺陷，如圖 2-7 所示分別為其豎向誤差和橫向誤差。

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1 張向陽;;啞鈴形孔的加工[J];機械工人.冷加工;1988年11期

2 廖述才,黃開華,張汝林,劉玉芳,朝韓文慶;巨大啞鈴形椎管后縱隔腫瘤1例[J];重慶醫(yī)藥;1989年03期

3 田金改;;化學固定的牛心包的撕裂強度的局部變化[J];國外醫(yī)學.生物醫(yī)學工程分冊;1989年05期

4 鄧傳宗;;啞鈴形椎管內腫瘤 附23例報告[J];南通大學學報(醫(yī)學版);1986年01期

5 吳春巧;盛葉;黃文金;;新型啞鈴形鋼管混凝土拱肋極限承載力計算方法[J];北華大學學報(自然科學版);2013年03期

6 范孟華;;關于大直徑啞鈴形灌注樁的研究[J];路基工程;2008年05期

7 和崇軍,王國忠,和國偉,張錫祥;腰椎巨大啞鈴形神經鞘瘤1例[J];云南醫(yī)藥;2001年03期

8 舒凱,雷霆,陳勁草,胡文安,薛德麟,陳啟福,湯應雄;椎管啞鈴形腫瘤手術方法的探討[J];臨床外科雜志;2004年05期

9 張樹春,張宗昆,姚長樂;翼點入路切除啞鈴形垂體腺瘤[J];中國局解手術學雜志;2000年04期

10 熊峰,胡泉秀;啞鈴形鋼管混凝土構件性能研究[J];四川建筑;2003年S1期

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1 閔瑞;胡鵬;程玉峰;王濤;;啞鈴形射野在適形放療中的應用分析[A];2007第六屆全國放射腫瘤學學術年會論文集[C];2007年

2 王振宇;陳曉東;;選擇性椎板切除術治療頸椎啞鈴形腫瘤[A];中國醫(yī)師協(xié)會神經外科醫(yī)師分會第四屆全國代表大會論文匯編[C];2009年

3 尚顯文;趙曰景;;后路手術治療頸椎管內外啞鈴形腫瘤的臨床療效觀察[A];第25屆全國脊柱脊髓學術會議暨2013年貴州省骨科年會論文匯編[C];2013年

4 朱儒遠;張遠征;周濤;程東源;;聯(lián)合入路切除胸椎管啞鈴形腫瘤[A];中國醫(yī)師協(xié)會神經外科醫(yī)師分會首屆全國代表大會論文匯編[C];2005年

5 王紅霞;鄭漫艷;鄭靜;吳哲褒;;上頸段椎管內外啞鈴形神經源性腫瘤的護理[A];2007浙江省神經外科學學術年會論文匯編[C];2007年

6 肖澤榮;陳寶春;韋建剛;;鋼管混凝土啞鈴形截面施工應力分析[A];中國公路學會橋梁和結構工程學會2002年全國橋梁學術會議論文集[C];2002年

7 盛葉;陳寶春;;鋼管混凝土啞鈴形長柱極限承載力計算[A];第17屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅱ冊）[C];2008年

8 卿太平;何定庚;何曉曉;王柯敏;雷艷麗;劉婷;;啞鈴形DNA穩(wěn)定的熒光銅納米顆粒用于免標記檢測三磷酸腺苷[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第三分會：納米傳感新原理新方法[C];2016年

9 張遠征;馬曉東;朱儒遠;潘隆盛;喬光宇;周濤;周定標;;外側入路切除頸1、2啞鈴形神經鞘瘤[A];中國醫(yī)師協(xié)會神經外科醫(yī)師分會首屆全國代表大會論文匯編[C];2005年

10 成娟麗;馬曉婭;;澄江生物群啞鈴形鰓曳動物的新發(fā)現(xiàn)[A];中國古生物學會第十二次全國會員代表大會暨第29屆學術年會論文摘要集[C];2018年

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2 上海記者站 丁寧 田曉宸;上海市場出現(xiàn)“啞鈴形”格局[N];中國旅游報;2006年

3 ;啞鈴形塑料包裝瓶[N];中國包裝報;2005年

4 記者 沈興國　通訊員 馮文華;從橄欖形向啞鈴形發(fā)展[N];紹興日報;2010年

5 北京商報記者 徐慧;未來餐飲市場將呈啞鈴形[N];北京商報;2016年

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7 本報記者 石磊;高附加值和新品產量年年提升[N];中國石化報;2011年

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3 陸燕青;啞鈴形截面鋼管混凝土短柱緊箍力模擬[D];廣西大學;2004年

4 徐波;啞鈴形鋼管混凝土拱橋爆管成因分析與構造改進研究[D];西南交通大學;2008年

5 黃聰;SC模型下開口膜泡相圖的研究[D];陜西師范大學;2013年

6 肖澤榮;鋼管混凝土啞鈴形拱肋施工應力分析與偏壓試驗研究[D];福州大學;2003年

7 張柳;過渡金屬化合物負極材料的設計合成及其鋰電性能的研究[D];湖北大學;2016年

本文編號：2763972