钢筋混凝土拱圈内力研究

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钢筋混凝土拱圈作为结构物在工程中应用相当广泛,特别是在大跨径的拱桥建设中,但是随着跨径的增加,拱圈在各种荷载作用下其内力变化直接影响工程结构的安全性能,作为大跨径桥梁的主要承重结构物,要保证拱圈承受桥梁上各种荷载的作用和保证大跨径桥梁的安全性,必须了解影响钢筋混凝土拱圈内力的各种因素,为工程设计、施工提供强有力的理论支持。   对于钢筋混凝土拱圈许多学者进行了相关的研究,主要集中在对拱圈的承载能力的方面,而对于内力方面涉及较少,本文通过实验模型数据及应用ANAYS软件建立有限元模型对拱圈的内力进行了分析。首先根据理论分析建立了相应的ANSYS模拟模型,然后进行相关的力学性能实验,通过数值模型所得实验数据与实验所得数据进行对比,确定了数值模拟模型的正确性。实验模型拱圈基本尺寸:跨径L=300cm,矢高f=48.57cm,拱轴系数m=2.814。上下各对称配有2根φ6的圆钢,沿跨径每30cm设箍筋一道,混凝土强度采用30MPa。对该模型进行力学实验,测试拱圈在L/2处施加集中荷载的应变、基础反力等相关力学数据,施加荷载从5KN开始至13KN,然后对数据进行了分析;在ANSYS软件中建立了与实验模型相对应的有限元模型,模拟了在L/2处施加集中荷载5KN、10KN、13KN时的应力、应变及位移,以及模拟了在L/4、L/2和3L/4处施加SKN、10KN、13KN时拱圈的应力、应变及位移,通过实验数据和ANSYS中所得的数值模拟数据,分析影响钢筋混凝土拱圈内力的因素。   根据实验数据与数值模拟数据的对比分析有:钢筋混凝土拱圈在单一荷载作用下L/2处截面的上缘受压应力的作用,下缘受拉应力的作用,而在L/4、3L/4处截面的上缘受拉应力作用,下缘受压应力作用;对称荷载作用时,沿拱轴线方向较大区域受压应变的作用:单一集中荷载的作用下,拱圈内力呈不均匀分布,主要集中在荷载作用区域,拱圈未能充分发挥结构的作用;对称施加荷载时,拱圈内力呈均匀分布,拱圈能充分发挥拱结构的作用;拱圈拱脚处的应力较大;混凝土强度对拱圈的内力影响不大;含筋率对拱圈内力影响较大。据此,对工程设计和施工提出了指导性意见:设计和施工时应尽可能使拱上荷载对称施加于拱圈上;可根据拱圈应力分布的情况来设置钢筋,以减少工程造价;对拱结构的基础应加强设计。
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