有初应力的劲性骨架混凝土构件承载力分析

赵云鹏

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

有初应力的劲性骨架混凝土构件承载力分析

赵云鹏

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

有初应力的劲性骨架混凝土构件承载力是钢管混凝土拱桥研究重点，借助大型有限元程序建立了钢管混凝土劲性骨架混凝土短柱构件极限承载力的数值分析模型，对外包混凝土、核心混凝土及钢管在受力过程中的性能分析，提出了钢管混凝土初应力对钢管混凝土劲性骨架混凝土结构承载力影响系数的简化公式，可为同类结构的设计计算作参考。

初应力；劲性骨架；承载力

1 绪论

钢管混凝土劲性骨架钢筋混凝土拱桥的施工工艺一般是先用无支架方法架设钢管型钢劲性骨架成拱，然后围绕钢管型钢劲性骨架内填外包混凝土，钢管型钢劲性骨架充当混凝土结构中的钢筋，不再拆卸收回，而是把其作为支架结构，在施工期间承受结构的自重以及施工荷载。可见，由于钢管型钢劲性骨架自重、核心混凝土湿重及施工荷载等因素的影响，导致钢管混凝土劲性骨架与外包钢筋混凝土作为组合结构共同承受荷载之前，钢管混凝土劲性骨架中已经产生了初应力和初应变。初应力的大小一般用初应力度β来表示，为钢管的初应力，为钢材的屈服强度。

劲性骨架的设计主要由拱圈外包混凝土浇注时的受力控制。先期浇筑的混凝土只有形成强度和钢管混凝土劲性骨架组成组合结构后才承担后期浇筑的混凝土重量以及施工荷载，根据背景工程广元昭化嘉陵江特大桥主拱圈外包混凝土实际的浇注顺序，劲性骨架最大、最小初应力分别发生在拱顶截面和3/8截面。

本文基于钢管混凝土劲性骨架混凝土轴心受压短柱构件[1]，探讨不同钢管混凝土初应力对该构件极限承载力的影响。

2 初应力的施加

初应力为截面正应力，按梁单元空间有限元模型计算。将初始应力值施加到钢管和核心混凝土实体单元上，完成初始应力的施加。

只将基于拱顶劲性骨架最大初应力下构件的承载力展开计算，3/8截面最小初应力值和其它内插值对构件极限承载力的影响在结论中说明。

3 有限元分析结果

采用逐步增加荷载直至模型失效的方法进行有限元材料非线性和几何非线性的双重非线性分析。由于端部设置了钢垫板，对混凝土的应力有一定的影响，为提高分析精度，选取构件的中间节段进行外包混凝土、核心混凝土、钢管结果分析，以排除端部约束和加载的影响[2]。约定：应力和应变均以拉为正，压为负。

4 有限元结果分析

⒌ 由于混凝土开裂，端部约束的影响等，曲线中没有得到下降段，但从以上分析可以认为时构件达到极限状态。对应的外包混凝土最大正应力核心混凝土最大正应力，钢管最大正应力

表4.1 初应力度对构件承载力的影响

结果表明，计入钢管混凝土初应力后，劲性骨架混凝土轴心受压短柱构件的极限承载力最大下降幅度达11%，以承载力降低不超过10%为界，建议对劲性骨架混凝土结构的初应力度控制在0.6以内，承载力影响偏于安全[4]。

通常，工程设计中计算极限承载力时不考虑钢管混凝土初应力，但为了方便工程应用，结合对钢管混凝土劲性骨架混凝土构件承载力计算结果，用回归分析法求出了承载力影响系数的实用计算公式（4.1）。对计算结果进行回归分析得到了的实用计算公式：

（Reference）

[1]林拥军，冯远，官庆，黄宗瑜，程文瀼．配有圆钢管的钢骨混凝土柱的设计方法．建筑结构，2004，34（1）：13-16

[2]刘洁．王正中．钢管高强混凝土增强的钢筋混凝土轴压短柱承载力研究．西北农业科大学学报（自然科学版），2005,33（12）：130-134

[3]王刚，钱稼茹，林立岩．钢管混凝土叠合构件受弯性能分析．工业建筑，2006，36（2）：68-81

[4]谢晓锋．高强钢管（骨）混凝土核心柱轴压性能的试验研究．广州：华南理工大学硕士学位论文，2002

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