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文檔簡介
中英文對照外文翻譯文獻(文檔含英文原文和中文翻譯)英文:1.1ApproachforanalyzingtheultimatestrengthofconcretefilledsteeltubulararchbridgeswithstiffeninggirderAbstract:Aconvenientapproachisproposedforanalyzingtheultimateloadcarryingcapacityofconcretefilledsteeltubular(CFST)archbridgewithstiffeninggirders.AfibermodelbeamelementisspeciallyusedtosimulatethestiffeninggirderandCFSTarchrib.Thegeometricnonlinearity,materialnonlinearity。influenceoftheconstructionprocessandthecontributionofprestressingreinforcementarealltakenintoconsideration.Theaccuracyofthismethodisvalidatedbycomparingitsresultswithexperimentalresults.Finally,theultimatestrengthofanabnormalCFSTarchbridgewithstiffeninggirdersisinvestigatedandtheeffectofconstructionmethodisdiscussed.Itisconcludedthattheconstructionprocesshaslittleeffectontheultimatestrengthofthebridge.Keywords:Ultimatestrength,Concretefilledsteeltubular(CFST)archbridge,Stiffeninggirder,Fibermodelbeamelement,Constructionprocessdoi:10.1631/jzus.2007.A0682NTRODUCTIONWiththeincreasingapplicationsofconcretefilledsteeltubular(CFST)structuresincivilengi-neeringinChina,archbridgeshavebecomeoneofthecompetitivestylesinmoderatespanorlongspanbridges.TakingtheFuxingBridgeinHangzhou(Zhaoetal.,2004),andWushanBridgeinChongqing(Zhangetal.,2003),China,asrepresentatives,thestructuralconfiguration,thespanandconstructionscaleofsuchbridgeshavesurpassedthoseofexistingCFSTarchbridgesintheworld.Therefore,itisofgreatimportancetoenhancethetheoreticallevelinthedesignofCFSTarchbridgesforsafetyandeconomy.hecalculationofultimatebearingcapacityisasignificantissueindesignofCFSTarchbridges.Asanarchstructureisprimarilysubjectedtocompres-siveforces,theultimatestrengthofCFSTarchbridgeisdeterminedbythestabilityrequirement.Anumberoftheoreticalstudieswereconductedinthepasttoinvestigatethestabilityandload-carryingcapacityofCFSTarchbridges.Zengetal.(2003)studiedtheloadcapacityofCFSTarchbridgeusingacompositebeamelement,involvinggeometricandmaterialnonlin-earity.Zhangetal.(2006)derivedatangentstiffnessmatrixforspatialCFSTpoleelementtoconsiderthegeometricandmaterialnonlinearitiesunderlargedisplacementbyco-rotationalcoordinatemethod.Xieetal.(2005)proposedanumericalmethodtodeterminetheultimatestrengthofCFSTarchbridgesandrevealedthattheeffectoftheconstitutiverelationofconfinedconcreteisnotsignificant.Huetal.(2006)investigatedtheeffectofPoisson’sratioofcoreconcreteontheultimatebearingcapacityofalongspanCFSTarchbridgeandfoundthatthebearingcapacityisenhancedby10%ifthePoisson’sratioisvariable.Ontheotherhand,manyexperimentalstudiesontheultimatestrengthofnakedCFSTarchriborCFSTarchbridgemodelhadbeenconducted.ExperimentalstudiesonCFSTarchribunderin-planeandout-of-planeloadswerecarriedoutbyChenandChen2000)andChenetalmetricalnonlinearitywassignificantfortheout-of-planestrengthandlesssignificantforthein-planestrength.Cuietal.(2004)introducedaglobalmodeltestofaCFSTarchbridgewithspanof308m,andsuggestedthattheinfluenceofinitialstressshouldbeconsidered.TheabovepapersmainlyfocusedontheultimatestrengthofCFSTnakedarchribsorCFSTarchbridgeswithfloatingdeck.NoattemptwasmadetostudytheultimatestrengthofCFSTarchbridgeswithstiffeninggirderswhosenonlinearbehaviorandCFSTarchshouldbesimulatedduetotheredistributionofinnerforcesbetweenarchribsandstiffeninggirders.Ingeneral,stiffeninggirderscanbeclassifiedintosteelgirder,PC(prestressingconcrete)girderandteel-concretecombinationgirder.ItismostdifficulttosimulatethenonlinearbehaviorofPCgirder,duetotheinfluenceofprestressingreinforcement.Incontrasttosteelorsteel-concretecombinationbeam,theprestressingreinforcementsinPCgirdersnotonlyofferstrengthandstiffnessdirectly,buttheirtensiongreatlyaffectsthestiffnessanddistributionoftheinitialforcesinthestructure.Theaimsofthispaperare(1)topresentanelas-tic-plasticanalysisoftheultimatestrengthofCFSTarchbridgewitharbitrarystiffeninggirders;(2)tostudytheultimateload-carryingcapacityofacomplicatedCFSTarchbridgewithabnormalarchribsandPCstiffeninggirders;and(3)toinvestigatetheeffectofconstructionmethodsontheultimatestrengthofthestructure.ANALYTICALTHEORYElasto-plasticlargedeformationofPCgirderelementTheelasto-plasiclargedeformationanalysisofPCbeamelementsisbasedonthefollowingfundamentalassumptions:(1)Aplanesectionoriginallynormaltotheneutralaxisalwaysremainsaplaneandnormaltotheneutralaxisduringdeformation;(2)Thesheardeformationduetoshearstressisneglected;TheSaint-Venanttorsionalprincipleholdsin(4)Theeffectofshearstressonthestress-strainrelationshipisignored.Thecross-sectionofaPCboxgirderwithonesymmetricaxisisdepictedinFig.1,where,Gandsdenotethegeometrycenterandtheshearcenterre-spectively.Accordingtothefirstandthethirdas-sumptionslistedabove,thedisplacementincrementsofpointA(x,y)inthesectioncanbeexpressedintermsofthedisplacementincrementsatthegeometrycenterandtheshearcenteraswhereKtoristhecoefficientfactorwhichisrelatedtothegeometryshapeofthegirdercross-section.Similarto3Delasticbeamtheory,thedisplacementincrementofthegirdercanbeexpressedintermsofthenodaldisplacementincrementsasinwhichLdenotestheelementlength,andzistheaxialcoordinateofthelocalcoordinatesystemofanelement.Then,thedisplacementvectorofanysectionoftheelementcanbewrittenaswhere?uisthedisplacementvectorofanysectionofthebeamelement,Nistheshapefunctionmatrixand?ueisthedisplacementvectoroftheelementnode.TheyarerespectivelyexpressedasAccordingtoEq.(2),thelinearstraincanbeex-pressedasinwhichBListhelinearstrainmatrixoftheelementCorrespondingly,thenonlinearstrainmaybeexpressedaswhereBNListhenonlinearstrainmatrixoftheele-mentThestressincrement?σcanbeapproximatedusingthelinearstrainincrementaswhereDisthematerialpropertymatrix.Neglectingtheinfluenceoftheshearstrain,DcanbeexpressedwhereE(ε)isthetangentmodulusofthematerialwhichisdependentonthestrainstate,andGistheelasticshearingmodulusregardedasaconstant.Accordingtotheprincipleofvirtualwork,wehaveinwhichσand?σarethestressvectorandstressincrementofthecurrentstate,qandParethedis-tributedloadandconcentratedloadvector,?qand?Paretheincrementsofdistributedloadandconcen-tratedload,δ?uandδ?εarethevirtualdisplacementandvirtualstrain,andVisthevolumeoftheelement.SubstituteEqs.(9),(11)and(14)intoEq.(16)andignoretheinfinitesimalvariable?σ?εN,wehavewhere?Feistheincrementofelementloadvectorcorrespondingto?ue,theelementdisplacementvec-tor.KepandKσaretheelasto-plasticandgeometricstiffnessmatrixesofthebeamelementrespectivelyasfollowsThedistributionofelasticandplasticzonesisnon-uniformintheelement,andvariesduringde-formation.ItisverydifficulttopresentanexplicitexpressionofthepropertymatrixDforthewholesection.Hence,thesectionisdividedintomanysubareas,asshowninFig.2,andthefibermodelisadoptedtocalculatetheelement’sstiffnessmatrix,i.e.Obviously,ifthenumberofsubareasissuffi-cientlylarge,theresultofEq.(19)willapproachtheexactsolution.ThevalueofKepiscalculatedusingnumericalintegration,withDibeingregardedasi.TocomputethegeometricstiffnessmatrixKσ,thenormalstressshouldbeexpressedintermsofaxialforceandbendingmoment,whichactuallyhasverylittlecontributiontothegeometricstiffness,sowhereNistheaxialforce,andAisthesectionalarea.PrestressingreinforcementelementThereinforcedbarsparalleltothebeamaxismayberegardedasfibers,whosecontributionstothestiffnesscouldbereadilyaccountedforinEq.(19).Thecontributionstothestiffnessfromthosenotpar-alleltothebeamandtheprestressingreinforcement(PR),willhoweverbecalculatedinthefollowingsection.ThedisplacementincrementoftwoendsoftheprestressingreinforcementinFig.3canbeexpressedbyEq.(21):nwhichkepandkσarerespectivelytheelasto-plasticandthegeometricstiffnessmatrixes,?δisthenodaldisplacementvector,and?fisthenodalforcevectoroftheprestressingreinforcementelementinthelocalcoordinatesystem.AccordingtoFig.4,?δand?fcanbewrittenintheformThenthestiffnessmatrixep(k+k)σoftherein-accordingly.CFSTarchrib,steelgirderorsteel-concretegirderelementThefibermodelmentionedabovecanalsobeusedtosimulatetheCFSTarchrib,steelstiffeninggirderorsteel-concretecompositestiffeninggirder,withsimilarelasto-plasticstiffnessmatrixandstiff-nessequation.Thedetaileddescriptionofthedeductioncanbefoundin(Xieetal.,2005).However,fortheCFSTarchrib,thestress-strainrelationofstructureisverycomplexduetothecom-binedinfluenceoftheconfinedconcreteandoutersteeltube.Inthispaper,thefollowingstress-strainrelationconsideringtheconfinementeffectofthesteeltubering(Han,2000)isadopted:whereσytandσycaretheyieldstrengthsofthetensionandcompressionsidesofthesteeltuberespectively,βtandβcarethecorrespondingcoefficients.Fig.5bdepictedthebilinearstress-strainrelationshipcon-Thesecondarymodulusofthesteeltubetendencyoflocalbucklingofthesteeltube,isassumedtobe1%oftheinitialelasticmodulus.HangerelementThemechanicalbehaviorofcablessuchasthatofhangersandtiebars,issimilartothatoftrussele-ments,exceptthatcablescannotbearcompressiveelasto-plasticcomputationtheoryofflexiblecableconsideringtheeffectofsagwaspresentedby(Xieeal.,1998).Inmostbridges,however,saghaslittlefectonthemechanicalbehaviorofhangers.Hence,hangersofarchbridgesaretreatedaselasto-plastictrusseswithnocompressionstrength,andthestiff-nessequationisexpressedbyEq.(22).PROGRAMSCHEMEFORULTIMATEBEARINGCAPACITYCALCULATIOerectionwithoutbrackets,andconsistsofmanyconstructionstages.Thus,thefunc-tionofsimulatingtheconstructionprocessmustbetakenintoaccountinthedevelopedprogramforcal-culatingultimatebearingcapacity,includingthegradualactionofload,thestep-by-stepformationofthestructure,theinfluenceofinitialdisplacementandinitialstress.TheschemefortheprogramisindicatedinFig.6.Themodifiedarc-lengthincrementtecniqueisadoptedtosolvetheresultingnonlinearequation(Crisfield,1981).VALIDATIONOFTHEMETHODFORAPCGIRDERTheaccuracyofcomputationoftheultimatestrengthforCFSTelementhasbeenconfirmedin(Xieetal.,2005).Inthispaper,theprecisionofthepresenttheoryischeckedforaPCgirderbycomparisonwiththeexperimentalresult.Fig.7showsthecross-sectionandreinforcementsofthegirder,whichspans13m,with9bundlesofprestressingreinforcementsand11branchesofnonprestressingreinforcedbars.Thedesignstrengthoftheconcreteis22.4MPa,andthoseofnonprestressingreinforcedbarsAandBdepictedinFig.7aare195MPaand280MParespectivelyofwhichthediametersare12mmand8mm.Theprestressingreinforcementishigh-strengthlow-rela-xationsteelstrandwithdesignstrengthof1860MPaandthecontrolforceofeachbundleisNk=195kN.MoredetailedinformationabouttheexperimentonthisPCgirderisavailablein(Chen,2005).ComparisonofthedeflectionatthemidspanisdepictedinFig.8,showinggoodconsistencybetweenhenumericalsimulationandexperimentalresult.Fig.5Stress-straincurvesofsteeltube(a)Yieldcondition;(b)Stress-strainrelationshipAPPLICATIONINBRIDGEDESIGNTheultimatestrengthofFenghuajiangBridgeinNingbo,Zhejiang,Chinaisstudiedinvolvingtheeffectofconstructionprocesstodemonstratetheapplicabilityofthepresentapproachinbridgedesign.Fig.9showsthedesignschemeofFenghuajiangBridgewhichisagirderandarchcombinationbridgewithcentralspanof138m.ThecentralspanofthestiffeninggirderismadeupofsteelandPCcompositebox.ThesidespanofthestiffeninggirderismadeupofPCbox.TheabnormalCFSTarchinthecentralspaniscomposedofthreearches,withonemainarchribinthecenterandtwosecondaryarchribs.Thediameterofthemainarchribis1.8m,andthoseoftheothertwoare1.5m.Thedesignstrengthoftheconcreteusedinthebridgeis22.4MPa.ThearchribsarelinkedwithsteelpipesandI-steelbearingmembers,formingatrussarchbridge.Themainarchandthedeckareconnectedwithverticalhangers.Thesecondaryarchesandthedeckareconnectedwithinclinedhangers.Totakeintoaccounttheeffectoftheconstructionmethodontheultimatebearingcapacity,itisassumedthatthebridgeisconstructedbytwokindsofmethods.InCaseI,thereisonlyaconstructionprocess,thesupportingframesforconstructionfallingonceafterthecompletionofthewholebridge.InCaseII,therearetwoconstructionprocesses,asshowninFig.10.ThefirstprocessisconstructionofthePCgirderonthesupportingframes.Thesecondprocessistofixthesteelgirder,assemblethearchrib,andtensionthetie-barandhangerstoseparatethesteelgirderfromtheframe.Prestressingreinforcementsinthegirderareproperlysimulatedinconstructionstages,butthereinforcedbarsarenotmodelledduetotheirlargenumber.Theelasto-plasticmechanicalbehaviorsofCFSTarchribs,hanger,bearingmember,steelpipe,tie-bar,etc.areanalyzed.TheultimatestrengthanalysisprocessisshowninFig.11.First,theinitialstressoftheestablishedbridgeiscalculatedunderdeadloadandprestressingforceincludinginitialtensionofthehangers,thetieandprestressingreinforcements.Thenthestressandisplacementunderliveloadarecomputed.Atlast,Theout-of-planedeformationcurvesatthequarterpointsofthemainarchribareshowninFig.14.TheverticalaxisdenotestheloadcoefficientμwhichdoesnotcontaintheoriginaldeadloadandliveloadexertedinFigs.11aand11b.When3.1≤μ≤3.2,thenonlinearbehaviorofthearchribbecomesobviousinthelateraldirection.Asshowninthefigure,thebucklingmodesinbothcasesareantisymmetricout-of-plane,andthebucklingloadfactorofthearchribisabout4.1consideringtheinitialdeadandliveload.AcomparisonofthelateralandverticaldeforMationsatthequarterpointofthemainarchbetweentwocasesisshowninFig.15,showingthatthedeviationoftheload-displacementcurvesofthetwocasesisverysmall,indicatingthattheinfluenceoftheconstructionmethodonthestabilitystrengthisveryslight.Besides,whenout-of-planebucklingoccurs,thebridgestillhascertainverticalstiffness.CONCLUSIONInanalyzingtheultimatestrengthoftheCFSTarchbridgeswithstiffeninggirders,simulatingthenonlinearbehaviorofstiffeninggirdersisasimpor-tantasthatoftheCFSTarchribduetotheredistributionofinnerforcebetweenarchribsandstiffeninggirders.Inthispaper,ananalyticalapproachforestimatingtheultimatebearingcapacityofCFSTarchbridgewithstiffeninggirderisproposed,whichtakesaccountoftheeffectsofmaterialandgeometricnonlinearityandthecontributionofprestressingreinforcement.Basedonthefiberbeamelementtheory,thedegreesoffreedomofthewholestructurecanbereduced,makingitveryfeasibletopredicttheultimatestrengthofthecomplexstructure.TheaccuracyofthepresentmethodwasexaminedbycomparisonwiththeexperimentalresultsforaPCgirder.Todemonstratetheapplicabilityofthepresentapproachinbridgedesign,theultimatestrengthofanabnormalCFSTarchbridgewithstiffeninggirderisstudiedconsideringtheeffectofconstructionprocess.Theresultshowsthattheconstructionprocessinfluencestheinitialinternalforceofthebridgesignificantly.Butithaslittleeffectontheultimatestrengthofthebridge.Therefore,therelativelyaccuratestabilitystrengthcanbeobtainedbyignoringtheinfluenceoftheconstructionprocess.ReferencesChen,H.Z.,2005.ResearchofCalculationandAnalysisofPCBoxGirderStructurewithLongSpan.Ph.DThesis,ZhejiangUniversity(inChinese).Chen,B.C.,Chen,Y.J.,2000.Experimentalstudyonme-chanicbehaviorsofconcrete-filledsteeltubularribarchunderin-planeloads.EngineeringMechanics,17(2):44-50(inChinese).Chen,B.C.,Wei,J.G.,Lin,J.Y.,2006.Experimentalstudyonconcretefilledsteeltubular(singletube)archwithoneribunderspatialloads.EngineeringMechanics,23(5):99-106(inChinese).Crisfield,M.A.,1981.Afastincrementaliterativesolutionprocedurethathandles“snapthrough”.ComputerandStructures,13(1-3):55-62.[doi:10.1016/0045-7949(81)90108-5]Cui,J.,Sun,B.N.,Lou,W.J.,Yang,L.X.,2004.Modelteststudyonconcrete-filledsteeltubetrussarchbridge.EngineeringMechanics,21(5):83-86(inChinese).e,X.,Chen,H.Z.,Li,H.,Song,S.R.,2005.Numericalanalysisofultimatestrengthofconcretefilledsteeltu-bulararchbridges.JournalofZhejiangUniversitySCI-ENCE,6A(8):859-868.[doi:10.1631/jzus.2005.A0859]Zeng,G.F.,Fan,L.C.,Zhang,G.Y.,2003.Loadcapacityanalysisofconcretefilledsteeltubearchbridgewiththecompositebeamelement.JournaloftheChinaRailwaySociety,25(5):97-102(inChinese).Zhang,Z.A.,Sun,Y.,Wang,M.Q.,2003.KeytechniqueintheerectionprocessoftheribsteelpipetrusssegmentsforWushanYangzeRiverbridge.Highway,12:26-32(inChinese).Zhang,Y.,Shao,X.D.,Cai,S.B.,Hu,J.H.,2006.Spatialnonlinearfiniteelementanalysisforlong-spantrussedCFSTarchbridge.ChinaJournalofHighwayandTransport,19(4):65-70(inChinese).Zhao,L.Q.,Xu,R.H.,Zheng,X.Z.,2004.OveralldesignofthefourthQiantangjiangRiverBridgeinHangzhou.BridgeConstruction,1:27-30(inChinese).翻譯:分析鋼管混凝土拱橋與加勁梁的極限強度的方法摘要:提出的方法是分析和研究負載承載能力的終極鋼管混凝土鋼管混凝土(加勁梁與鋼管混凝土拱橋)。纖維模型梁單元A是專門用來模擬在加勁梁和鋼管混凝土拱肋。非線性的幾何,材料,施工過程的影響和貢獻。本方法的精度是通過比較其結果與驗證實驗的結果。最后,由于最終的鋼管混凝土拱橋異常是與梁的高度和施工方法的效果是討論。它得出結論,是建筑過程的影響。因為小的原因影響這座橋。關鍵詞:極限強度,混凝土鋼管混凝土鋼管(鋼管混凝土)鋼拱大橋,加勁梁,纖維模型梁單元建設流程介紹:增加混凝土的應用鋼管混凝土鋼管(鋼管混凝土)鋼結構土木工程,在中國有一個競爭方式或中等跨度跨度的拱形橋梁。杭州復興大橋的酒店,與重慶市巫山大橋。因此,它是有偉大的失敗的理論水平的重要性。鋼管混凝土拱橋的設計與安全經濟。極限承載力的計算是一個在鋼管混凝土拱橋設計的重要問題。作為拱形結構主要承受壓縮性力,鋼管混凝土拱橋的極限承載力通過穩定性的要求確定。一些理論進行了研究,在過去的調查的穩定性和承載能力鋼管混凝土拱橋。利用復合材料梁的鋼管混凝土拱橋承載力。推導的切線剛度矩陣空間鋼管混凝土桿單元采用共旋坐標法位移。謝提出了一種數值方法來阻止極限強度的鋼管混凝土拱橋和表明,影響約束混凝土不顯著。胡等人研究了對核心混凝土的泊松比的影響—對大跨度混凝土極限承載力鋼管混凝土拱橋的承載能力和發現提高10%如果泊松比是可變的。另一方面,在許多的實驗研究裸鋼管混凝土拱肋鋼管混凝土極限強度或拱橋模型進行了。實驗對鋼管混凝土拱肋的面內的研究面外的負載是由陳等人。表明測量非線性顯著的出于對橋梁的強度和不重要面內強度。由崔等人(2004)引入了全球。對鋼管混凝土拱橋的跨徑308米的模型試驗,并建議初始應力的影響應考慮。以上的論文主要集中在最終的鋼管混凝土拱肋強度裸體或鋼管混凝土拱浮動橋。沒有嘗試了研究鋼管混凝土拱橋極限承載力與加勁梁的非線性行為鋼管混凝土拱橋由于要模擬的再分配—拱肋和加勁之間的內力梁,在一般情況下,加勁梁可以分為鋼桁梁,PC(預應力混凝土)梁鋼-混凝土組合梁。這是最困難的模擬預應力混凝土梁的非線性行為,由于預應力筋的影響。其不僅在PC梁預應力筋直接提供的強度和剛度。本文的目的是:(1)提出了一個彈—對鋼管混凝土的極限強度的塑性分析任意加勁梁拱橋;(2)對研究了COM的極限承載力—異常復雜的鋼管混凝土拱橋拱肋和PC加勁梁;和(3)探討在最終的施工方法的影響的結構強度。分析理論彈塑性大變形PC梁元的彈塑性大變形分析PC梁元素護套心理假設:正常中性軸的平面和正常總是在中性軸的變形;剪切變形剪切應力被忽視的;(3)扭轉彈塑性階段;(4)剪切應力的應力-應變的影響關系被忽略。有一個PC箱梁截面對稱軸在圖1所示,其中,G和S表示的幾何中心和剪切中心重新—兩。根據第一和第三—假設以上,位移增量點(x,y)的截面可以表示在幾何體的位移增量中心和剪切中心其中?WG是縱向位移—點G增加,?US?V和S的位移增量的點在X和Y方向重新—兩?θ,Z是扭角增量。線性應變增量?,非線性n剪應變增量—?γ管理點(x,y)的橫截面可采用更新的拉格朗日公式表示。其中KTor是的,相關系數梁的截面形狀。fig.1截面of
a
PC箱梁類似于三維彈性梁理論,DIS—梁的位置增量可以表示為的節點位移增量為在這表示的元素長度L和Z是在本地坐標系統的坐標軸,在元素。然后,位移矢量的任何部分元素可以是書面的。?任一截面的位移矢量梁單元,N為形函數矩陣和?UE為單元的節點位移向量。他們分別表示為根據式(2),線性應變可以前—壓其中B是元素的線性應變矩陣相應地,非線性應變能表示為其中B是電子的非線性應變矩陣—應力增量?σ可以近采用線性應變增量其中D是材料特性矩陣。忽略剪應變的影響,D可以表示作為其中E(ε)是材料的切線模這是依賴于應變狀態,和G是彈性剪切模量為常數。根據虛功原理,我們有這是應力矢量?σσ和應當前狀態增量,Q和P的DIS—分布荷載和集中荷載向量,Q和P??是分布荷載和集中增量—代式。(9),(11)(14)代入式(16)和忽略無窮小量?σ?n,我們有在?FE是單元荷載向量的增量對應于?UE,單元位移矢量—Tor。KEP和K在彈塑性與幾何梁單元的剛度矩陣分別為如下彈性和塑性區分布非均勻。這是目前的一個顯式非常困難整個的屬性矩陣D的表達部分。因此,該部分為許多,如圖2所示,和纖維模型通過計算單元的剛度矩陣,即顯然,如果分區的數量是足夠的—足夠大,公式的結果接近精確解。K值EP計算使用數值積分,D我被視為在一個恒定的分區?。計算幾何剛度矩陣,正常的應力方面的表達軸力和彎矩,這實際上已經對幾何剛度的貢獻很小,所以其中n是軸向力,一個是截面積。預應力鋼筋單元鋼筋平行于梁軸線可作為纖維,其貢獻的剛度可占在式(19)。從那些未對剛度的貢獻—平行于梁和預應力加固(PR),但會在下面的計算部分。對兩端的位移增量預應力加固圖可以表示忽略彎曲剛度,剛度PR方程可以表示為其中KEP*和K*分別是彈塑性和幾何剛度矩陣,?是節點位移向量,并?F*是的對預應力加固節點力向量部坐標系中的元素。根據圖4,?*和?F*可以以書面的形式PR的節點力也應翻譯對梁單元的然后,彈塑性剛度矩陣of
Pr單元坐標系統中的束元件可以得到。然后剛度矩陣EP(K+K)在的增強可以被添加到梁的剛度矩陣。鋼管混凝土拱肋梁,鋼或鋼-混凝土組合梁元該模型也可以是上面提到的纖維用于鋼管混凝土拱肋的鋼-混凝土組合梁或加勁梁;與類似的彈塑性剛度矩陣和斯蒂夫-尼斯方程。詳細說明的推理-方法可以發現在(謝等人,2005年)。然而,對鋼管混凝土拱肋的應力-應變的結構是非常復雜的關系,由于該COM-bined影響的約束混凝土和外鋼管。在σ和ε是縱向壓縮應應變分別,和其中Fck被壓縮的特征值混凝土強度(MPa),一個C是混凝土的面積(M2),和FY是產量鋼管強度(MPa)。徑向應力σ之間的相互作R和切向應力一直被認為是計算—對其抗拉和抗壓強度的關系鋼管。據屈服準則如圖5,我們有在YT和YC的拉伸屈服強度并分別對鋼管壓邊,T和C有相應的系數。圖5B描述的雙線性應力-應變關系—考慮材料的硬化。二次模的鋼管EH,這是兩種材料的性能和與之相關的對鋼管的局部屈曲的趨勢,如—總結為1%的初始彈性模量。懸掛元件電纜如力學行為吊桿和系桿,類似于桁架單元—結果,除了電纜不能承受壓力力和初始垂度會影響其剛度。計算理論考慮到凹陷的影響(Xie等提出的L.,1998)。然而,在大多數的橋梁有力學行為的影響。因此,拱橋吊桿視為彈塑性沒有壓縮強度和剛性桁架—狀態方程表示由方程(22)。承載方案容量計算像往常一樣,大跨度鋼管混凝土拱橋結構—由逐步安裝沒有括號,和由多個施工階段。因此,功能—模擬施工過程必須在所開發的程序計算考慮—計算極限承載力,包括負荷逐步動作,逐步形成的結構,初始位移的影響初始應力。該程序的格式顯示圖6。改進的弧長增量技術—方法是通過解決產生的非線性方程(克里斯菲爾德,1981)。一個PC機的方法驗證梁對最終的計算精度鋼管混凝土構件的強度已經確認(謝等人。,2005)。在本文中,的精度目前的理論是由COM檢查PC梁—與實驗結果的比較。圖7顯示截面加固—的梁,跨度13米,9條預應力筋和鋼筋。設計強度混凝土的22.4MPa,與那些非—預應力鋼筋和B描繪fig.7a
195
MPa和280MPa,分別它的直徑為12毫米和8毫米。的預應力筋與高強低—1860兆帕的強度設計固定鋼絞線和每一個束的控制力NK=
195kN。更多關于實驗的詳細信息此PC梁可在(陳,2005)。在跨中撓度比較描繪在圖,顯示出良好的一致性數值模擬和實驗結果。圖6計劃方案的極限承載力計算在橋梁設計中的應用中國浙江寧波的奉化江大橋的研究涉及施工過程中顯示AP的影響—在橋梁設計方法的可行性。圖9顯示奉化江的設計方案橋梁是梁拱組合橋橫截面和梁的鋼筋(單位:厘米)。(一)鋼筋;(b)預應力筋圖的計算與實驗結果的比較(一)荷載-變形曲線的情況下;(b)為案例II荷載-變形曲線與138米,中心跨度的中央跨度加勁梁是由鋼和PC復合材料箱。主梁邊跨了PC箱。在中央的異常鋼管混凝土拱跨度是由三個拱,主拱肋在中心和兩個次要的拱肋。的主拱圈的直徑是1.8米。其他兩個是1.5米的結論設計強度—用于橋梁22.4MPa。用鋼管、工字鋼軸承聯系,形成一個桁架拱橋。主拱和甲板連接立式衣架。考慮到結構的影響—對極限承載力的方法,它是假定橋是由兩種構造方法。只有一個施工施工過程,FAL的支撐架—凌一旦全橋建成后。在案例二,有兩種施工工藝,為如圖所示。第一個過程是建設在支撐架的PC梁。第二過程是固定鋼梁,安裝拱肋,張力系桿和衣架分開從鋼梁框架。在梁預應力筋在施工階段合理的模擬,但鋼筋模型由于其巨大的數。彈塑性力學行為鋼管混凝土拱肋,衣架,承載構件,鋼管,拉桿,等進行了分析。極限強度分析過程顯示圖11。首先,對所建立的初始應力橋在恒載、預應力計算力包括吊桿初始張拉力,領帶和預應力筋。然后,應力活載作用下的位移計算。最后,圖10案例的建設過程。(a)構造PC箱梁的第一幀,按流程);(b)修復鋼管混凝土拱肋,鋼掛梁,和領帶棒(第二過程)他研究了荷載比例極限強度—施加在橋上的弧長—增量法。每一步的初始狀態的基礎在最后一步的結果。施工方法的影響初始內力的影響。軸向力和主拱肋彎矩顯示圖中,顯示的初始內力兩種施工方法的相對差異對軸向力的10%和25%彎矩。屈曲模式對兩種施工方法是描繪在圖。這座橋優先級—主要承受豎向荷載,因此變形主要是在垂直的平面。然而,為了獲得的出平面屈曲模式,一個小的出平面的初始位移設定模擬安裝誤差。它是觀察到的屈曲模態這兩種方法都很相似。圖12縱向分布的初始內兩例在中拱的力量。(一)軸向力;(b)彎矩圖的屈曲模態的橋梁(一)我的情況下的屈曲模態;(b)為案例II的屈曲模態平面外的變形曲線在對主拱肋節點列圖。豎軸表示負載系數的μ不包含原始的恒載和活載在figs.11a和11B施加。當3.1≤μ≤的3.2,拱肋的非線性行為變得明顯橫向方向。如圖所示,該在這兩種情況都反對稱屈曲模態平面外屈曲荷載因子,并對拱肋約4.1考慮初橫向和縱向的變形比較—系在四分之一點的主拱之間兩例圖所示,顯示出德—對兩種荷載-位移曲線的偏差例很小,表明的影響在穩定強度的施工方法是非常輕微的。此外,當平面外屈曲的發生,橋雖然具有一定的豎向剛度。的荷載-變形曲線的比較兩例。(a)在四分之一點的側向變形在中拱;(b)在豎向變形在中拱點結論在分析鋼管混凝土的極限強度加勁梁拱橋,模擬加勁梁的非線性行為是重要的—重要的是,鋼管混凝土拱肋的重—拱肋和加勁之間的內力分布梁。在本文中,ES的一種分析方法—估算年鋼管混凝土拱的極限承載力提出了加勁梁橋,以的材料和幾何效應的帳戶非線性和預應力的貢獻—加固。基于纖維梁元理論,整體結構的自由度可減少,使其預測多非常可行—復雜結構的伴侶強度。的準確性本方法進行比較對預應力混凝土梁的試驗結果。表明目前的適用性.在橋梁的設計方法,對極限強度與加勁梁異常的鋼管混凝土拱橋考慮施工過程影響的研究。結果表明,施工過程的影響—方法對橋梁的初始內力—明顯。但對極限強度的影響不大該橋。因此,相對準確的統計—性強度可以忽略的影響,得到了—施工過程中的作用。工具書類陳,h.z.,2005。PC的計算與分析研究大跨度箱形梁結構。博士論文,浙江大學(中國)。chen,B,C,chen,Y,J2000。在我的實驗研究—鋼管混凝土拱肋的機械行為在面內載荷。工程力學,17(2):44-50(中文)。2006年,陳BC,魏,J.G.,林,JY,。實驗研究鋼管混凝土(單圓管)拱一肋下的空間荷載。工程力學,23(5):99-106.(中文)。克里斯菲爾德,碩士,1981年。快速的增量迭代的解決方案程序是處理“卡通”。計算機與結構,13(1):55-62。[我:/)10.1016
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