鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)出現(xiàn)至今已經(jīng)有近100年的歷史，我國(guó)在60年代初期開(kāi)始研究這種結(jié)構(gòu)，90年代后，鋼管混凝土在拱橋結(jié)構(gòu)中大量應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和美學(xué)效果。

　　【摘要】根據(jù)彈性理論對(duì)鋼管混凝土組合構(gòu)件截面應(yīng)力及截面內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算推導(dǎo)，結(jié)合實(shí)際工程計(jì)算了鋼管混凝土拱橋拱肋應(yīng)力及內(nèi)力，并用midas軟件模擬組合截面受力狀態(tài)，分析了軟件模擬時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。

　　【關(guān)鍵詞】鋼管混凝土,組合構(gòu)件,換算截面,midas模擬

　　一、引言

　　鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)是由普通混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)，鋼管內(nèi)填混凝土增強(qiáng)了鋼管壁的局部穩(wěn)定性，鋼管對(duì)核心混凝土的套箍約束作用，使其處于三向受壓狀態(tài)，薄壁鋼管與核心混凝土相互彌補(bǔ)了彼此弱點(diǎn)，并且充分發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，從而使得鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)具有更高的抗壓強(qiáng)度和更好的變形能力。通常情況下，鋼管混凝土是在其彈性范圍內(nèi)工作的，可按彈性理論進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

　　二、組合截面內(nèi)力計(jì)算原理

　　1.彈性理論基本假設(shè)

　　鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)彈性設(shè)計(jì)的主要計(jì)算內(nèi)容是組合截面應(yīng)力應(yīng)變，確保結(jié)構(gòu)的截面強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，截面應(yīng)力計(jì)算是最核心內(nèi)容。按彈性理論計(jì)算鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)時(shí)，做下列假設(shè)：（1）完全彈性假設(shè)，鋼材和混凝土都在彈性變形范圍內(nèi)工作。（2）平截面假設(shè)，組合梁在受力彎曲后，其原來(lái)的橫截面仍為平面，并繞垂直于縱對(duì)稱面的某一軸旋轉(zhuǎn)，且垂直于梁變形后的軸線。（3）兩種材料之間連接可靠，無(wú)相對(duì)滑移。

　　基本假設(shè)與材料力學(xué)中采用的基本假設(shè)一致，因而原則上可以利用材料力學(xué)公式計(jì)算組合截面的應(yīng)力和變形。

　　2.截面特性換算

　　鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)是兩種不同性質(zhì)的材料組合的復(fù)合結(jié)構(gòu)，因此首先解決截面換算問(wèn)題，即將兩種材料換算為具有相同彈性模量的同一種材料。在鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，通常將混凝土截面用等效的鋼材截面代替，這種代替后的截面稱為換算截面。這種等效代替，就是要保證換算前后截面承受的合力大小不變，而且其應(yīng)變相等。利用換算截面的截面特性值，即可直接采用材料力學(xué)中的公式進(jìn)行組合截面應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算。

　　鋼、混凝土組合換算后，形成的組合截面中性軸，需重新計(jì)算換算截面特性，則有：

　　式中：為組合截面彈性模量；分別為組合截面面積、鋼截面面積、混凝土截面面積；分別為組合截面慣性矩、鋼截面慣性矩、混凝土截面慣性矩；分別鋼截面形心到組合截面中性軸距離、混凝土截面形心到組合截面中性軸距離。

　　3.組合截面應(yīng)力計(jì)算

　　在軸力N和彎矩M作用時(shí)，根據(jù)等效換算原理，鋼—混凝土組合截面距中性軸為y的橫線上任意一點(diǎn)，無(wú)論該點(diǎn)處在混凝土截面還是鋼截面，都有相同的應(yīng)變，即平行于中性軸的橫線上所有點(diǎn)的應(yīng)變都相等：

　　4.截面內(nèi)力計(jì)算

　　組合截面受到軸力N和彎矩M的作用，產(chǎn)生變形，將內(nèi)力按一定比例分配給鋼截面和混凝土截面，這里的分配，實(shí)際是一個(gè)等效的作用，是對(duì)應(yīng)力與變形的等效，等效的結(jié)果是如果分配到的內(nèi)力單獨(dú)作用于鋼截面或者混凝土截面，任意一點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變等于N、M是作用于組合截面時(shí)該點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變，則有：

　　三、算例

　　1.拱肋應(yīng)力理論值計(jì)算

　　對(duì)照表1可知，軸向分配力之和等于單元內(nèi)力，而彎矩分配力之和不等于單元內(nèi)力。如果組合截面各組成部分單獨(dú)受力，大小等于對(duì)應(yīng)的分配力，此時(shí)構(gòu)件產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，與組合截面實(shí)際的應(yīng)力和變形是相等的。這里的分配力，實(shí)際是一個(gè)等效力，是對(duì)應(yīng)力與變形的等效。

　　2.組合截面在midas中的實(shí)現(xiàn)

　　在midas軟件中，用梁?jiǎn)卧�模擬拱肋，用施工聯(lián)合截面模擬組合截面，利用midas中“截面特性計(jì)算器”功能計(jì)算截面特性值，計(jì)算結(jié)果小于實(shí)際截面特性值，因此，需要對(duì)截面特性值進(jìn)行修改。計(jì)算時(shí)拱肋截面內(nèi)力見(jiàn)表1，midas計(jì)算后，對(duì)應(yīng)截面的應(yīng)力和各部分截面內(nèi)力分別見(jiàn)表5、表6。

　　對(duì)照理論計(jì)算結(jié)果（表2、表3），表明鋼管混凝土組合截面在不考慮混凝土與鋼管壁之間的滑移時(shí)，midas的計(jì)算結(jié)果和理論計(jì)算值吻合較好。在midas軟件中，利用梁?jiǎn)卧?ldquo;施工階段聯(lián)合截面”功能，可以比較精確地實(shí)現(xiàn)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的計(jì)算。在建模時(shí)應(yīng)注意截面特性值的計(jì)算，midas中“截面特性計(jì)算器”導(dǎo)入dxf圖形文件計(jì)算截面特性值的方法所得結(jié)果偏小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)力及變形偏大，在定義聯(lián)合截面的時(shí)候，需要手動(dòng)輸入截面特性值。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]陳寶春.鋼管混凝土拱橋（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2007.

　　[2]黃僑.橋梁鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：人民交通出版社，2011.

　　[3]康小英.組合截面計(jì)算淺析[C].橋梁設(shè)計(jì)年會(huì)專輯，2005（11）：120-122.

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