四肢桁式钢管混凝土悬链线拱面内稳定性.pdf

为研究四肢桁式钢管混凝土(C F S T)悬链线拱面内稳定性,采用有限元法开展桁式C F S T悬链线拱在轴压或压弯作用下的面内弹塑性屈曲分析.基于试验数据与数值模拟验证模型参数,探讨平面内屈曲破坏模式,揭示屈曲机理;引入全拱和弦杆的归一化长细比,考虑弦杆屈曲影响的交互因数,得到轴压作用下的统一屈曲曲线;提出压弯作用下面内稳定承载力的交互作用方程.结果表明:斜腹管屈曲大幅降低稳定承载力;桁式C F S T悬链线拱在屈曲破坏过程中总是存在弦杆变形,弦杆变形对稳定性的影响不可忽视;屈曲曲线可用于轴压桁式悬链线拱,交互方程可为一般荷载作用下的桁式悬链线拱提供较好的下限预测.该结果对四肢桁式C F S T悬链线拱的面内稳定性设计具有指导意义.关键词:钢管混凝土;悬链线拱;四肢桁式;屈曲;归一化长细比;交互作用;稳定性中图分类号:TU 文献标识码:A文章编号:()引言钢管混凝土(C o n c r e t e f i l l e dS t e e lT u b u l a r,C F S T)拱是一种以受压为主的结构形式,具有承载能力高、跨越能力强及施工便捷等优点.年,郑皆连等开展对 m级C F S T拱桥设计与建造可行性研究;年,随着主跨为 m的广西平南三桥成功建造,C F S T拱桥的跨度逐年增大;对于大跨度C F S T拱桥,尤以特大桥为例,桁式截面占比超.此外,按照拱轴线型式可分为圆弧拱、抛物线拱和悬链线拱,其中,悬链线是目前中国大、中跨径拱桥中最常见的拱轴线形式,占比约为 .考虑稳定角度,拱更易发生面外失稳,对于具有足够侧向支撑的桁式悬链线拱,其平面内屈曲设计是关键.在一般荷载作用下,桁式悬链线拱受到轴压和弯矩的共同作用,内力沿拱轴线变化较大.与梁、柱及圆弧拱相比,桁式悬链线拱的屈曲与设计更为复杂.拱的平面内屈曲始于单一材料钢拱的研究,P IY o n g l i n等、C A IJ i a n g u o等 通过支撑、荷载的改变分析实腹钢拱的弹性屈曲;V E R S T A P P E NI等、P IY o n g l i n等 、TONGG e n s h u等 研究实腹钢拱的弹塑性屈曲和设计,对于非弹性屈曲范围内均布受压的拱,采用等效梁柱法,作为轴压柱考虑,对于一般荷载作用下的拱(压弯拱),通常是建立面内稳定承载力的下限交互作用方程.目前,面内屈曲的研究多为实腹钢拱,只考虑整体稳定性,忽视桁式拱的面内屈曲、局部杆件屈曲与截面剪切变形对拱屈曲的影响,且局部屈曲与整体屈曲对拱承载力的影响不可避免.对于C F S T拱,WU X i n r o n g等 研究C F S T抛物线拱在均匀轴压作用下的弹性屈曲和弹塑性屈曲行为,以及矢跨比对弹性屈曲荷载和面内强度的影响,提出一种考虑长细比和矢跨比的均匀轴压C F S T抛物线拱面内强度预测方法.基于根C F S T抛物线拱,L I UC h a n g y o n g等 预测C F S T抛物线拱的屈曲行为,提出在弯压作用下的面内稳定性设计公式.基于C F S T抛物线拱五点对称加载试验,HU Q i n g等 研究不同矢跨比对面内稳定性的影响,采用梁单元建模方法可预测C F S T拱的面内稳定性.YUANC h a n g c h u n等 研究均布荷载作用下圆截面C F S T抛物线拱稳定性,建立等效柱模型,修正不同规范中C F S T拱的名义长细比,使稳定承载力求解公式更准确.对于桁式拱,D OUC h a o等 推导圆钢管桁式拱在压弯作用下的网格结构截面刚度和面外屈曲荷载的计算公式.GUOY a n l i n等 研究桁式拱的面外稳定性,表明局部杆件屈曲降低桁式拱的承载能力,提出一般荷载作用下桁式拱面外屈曲破坏的交互作用方程.L I UC h a n g y o n g等 采用有限元模型预测均布荷载作用下C F S T桁式拱的屈曲行为,提出均布荷载作用下桁式C F S T抛物线拱面内强度的计算公式.WANGS e n p i n g等 研究矩形截面双铰链空间桁式圆拱的面外稳定性,提出竖向均布荷载作用下空间桁式拱的承载力设计方程.C F S T拱稳定性研究主要集中于单肢拱肋,桁式拱稳定性研究主要集中于面外,两者对桁式C F S T拱面内稳定性研究不足,在三种拱轴线形式中,桁式C F S T悬链线拱面内稳定性研究较少,而实际设计时需对面内稳定性进行预测.笔者采用有限元数值模拟方法研究四肢桁式C F S T悬链线拱的面内稳定性.基于杆件屈曲与桁式悬链线拱整体屈曲的交互作用,考虑剪切变形和弦杆屈曲的影响,给出轴压作用下桁式悬链线拱整体屈曲的平面内屈曲曲线.分析一般荷载作用下(压弯作用)的桁式悬链线拱,提出计算稳定承载力的交互作用方程,对四肢桁式C F S T悬链线拱的面内稳定性设计具有指导意义.有限元模型 单肢C F S T悬链线拱模型基于徐福旺等制作的同一批拱试件,选用其中一根跨中单点加载的单圆管C F S T悬链线拱验证有限元模型,为桁式拱的模拟提供支撑.采用A B AQU S软件的B 梁单元分别建立钢管和混凝土单元,其中,钢管的屈服应力fy为 MP a,钢材弹性模量Es为 G P a,混凝土弹性模量Ec为 G P a;钢管采用五段式本构模型,混凝土本构采用韩林海 基于大量钢管混凝土试验得到的受约束混凝土受压单轴应力应变关系,采用约束因数考虑钢管对核心混凝土的约束作用.钢管与混凝土之间相互作用采用绑定(T i e),C F S T悬链线拱模型两端拱脚设置为固结,拱肋初始缺陷参照文献 的实测数据建立模型.试验拱的竖向集中荷载(P)竖向位移(uY)全过程曲线见图(c).图(c)中,L/点的荷载位移曲线取个分点的平均值.试验拱的极限荷载为 k N,有限元峰值荷载为 k N,相差,吻合较好,证明模型参数符合实际.图有限元模型验证F i g V a l i d a t i o no f f i n i t ee l e m e n tm o d e l s 四肢桁式C F S T悬链线拱模型采用A B AQU S软件建立桁式钢管混凝土悬链线拱模型,进行平面内特征值屈曲分析和非弹性屈曲抗力计算 .杆件单元采用B 梁单元,分别建立钢管和混凝土单元,钢管、内填混凝土分别采用大跨C F S T拱桥中占比最高的Q 和C .材料本构关系见文献,.对桁式拱所有构件交点的面外位移进行约束,以保证桁式拱仅在面内变形和屈曲,拱两端固定.桁式悬链线拱在拱跨上或拱轴上承受m法竖向荷载或均布竖向荷载,分别对应轴压或压弯共同作用.悬链线拱是将恒载作用下的压力线作为第期计静等:四肢桁式钢管混凝土悬链线拱面内稳定性主拱圈的设计拱轴线,拱截面只受轴压而无弯矩,m法加载是悬链线拱合理拱轴压力线加载,且随拱轴因数的变化,拱脚的荷载集度与拱顶的荷载集度比值也相应变化.四肢桁式C F S T悬链线拱见图.图中,S为拱截面形心轴长度;h和b分别为四肢桁式截面尺寸的高度和宽度;f/L为矢跨比,其中f、L分别为矢高和拱的跨度;为拱轴线与X轴夹角;Ls c为桁式拱面内弦杆的长度;Ls为桁式拱面内斜腹管的长度;为弦杆与斜腹管的夹角;q为全跨荷载集度(均布荷载)或拱顶荷载集度(m法荷载);m为拱轴因数;m q为拱脚荷载集度(m法荷载).图四肢桁式C F S T悬链线拱F i g Q u a d r i t r u s s e dC F S Tc a t e n a r ya r c h e s拱的面内整体名义长细比为XS/ix,其中,ix为截面回转半径.四肢桁式由四根弦杆组成,根据平行轴定理,C F S T格构截面的抗弯刚度Es cIx为Es cIxEs cAs ch,()Es cEssEs(s)sEsEc(s),()sDs cts cts c(Ds cts c),()式()中:Es c为考虑套箍效应的钢管混凝土等效弹性模量;As c为C F S T拱弦杆的截面积;Ix为单肢弦杆对x轴的截面惯性矩;s为截面含钢率;Ds c为弦杆截面外径;ts c为弦杆截面钢管壁厚.四肢桁式悬链线拱的平面内整体长细比X为XS/ixSAs cIxShL/L/Y(X)dXh.()Y(X)fm(c hk(m)(X)f;(X)XL/;k(m)l n(mm).()式()中:SL/L/Y(X)dX,dX为X定义域L/,L/范围内的微分;X、Y(X)、Y(X)分别为拱轴中心线水平坐标、竖向坐标函数及导数;(X)为包含水平坐标的函数;k(m)为包含拱轴因数m的函数.桁式拱切分截面内抗剪刚度Kv为东北石油大学学报第 卷 年KvEsAss i nc o s,()式中:As为斜腹管的截面积.对于非弹性屈曲分析,需考虑C F S T悬链线拱的几何初始缺陷,包括拱的整体缺陷和弦杆或腹杆的局部缺陷.对于整体缺陷,根据规范 规定,采用第一整体屈曲模态,幅值为S/.对于局部缺陷,根据规范 规定,初始缺陷限值为Lr/(Lr为杆件长度).为统一,采用第一局部屈曲模态,幅值为Ls c/或Ls/.采用R i s k弧长法求出荷载位移曲线和极限屈曲抗力.桁式C F S T悬链线拱面内屈曲破坏模式表全跨均布竖向荷载种工况T a b l eF o u rw o r k i n gc o n d i t i o n so f f u l l s p a nu n i f o r mv e r t i c a l l o a d不同工况Xh/mDs/Ds cts/ts c曲线e 曲线f 曲线g 曲线h 对于桁式拱,如果杆件细长,当整体屈曲与弦杆或斜腹管的屈曲相关联时,则存在交互屈曲.由于杆件屈曲,桁式拱的承载能力显著降低.设计种工况,分析桁式拱在全跨均布竖向荷载作用下的屈曲性能(见表),其中,Ds为斜腹管钢管外径;ts为斜腹管钢管壁厚.其余参数分别为:f/L/,Ls ch,Ds cts c mm mm(拱肋弦杆尺寸).图桁式拱在全跨均布竖向荷载作用下的荷载位移曲线F i g L o a dd i s p l a c e m e n tc u r v e so f t r u s sa r c hu n d e r f u l l s p a nu n i f o r mv e r t i c a l l o a d桁式拱在全跨均布竖向荷载作用下的荷载位移曲线见图.其中,q/qu 为归一化竖向荷载;qu 为不考虑交互屈曲的相应拱的承载力;uY/f为顶部竖向位移.由图可知,当桁式拱整体长细比较大,弦杆和斜腹管相对较粗时,整体屈曲占主导地位,构件变形或屈曲引起的稳定承载力下降较小(曲线e);弦杆细长,且在拱整体屈曲破坏前发生屈曲时,稳定承载力下降较大(曲线f和曲线g).与弦杆屈曲相比,斜腹管一旦先屈曲(曲线h),桁式拱变形能力减弱,出现脆性破坏现象.原因是斜腹管屈曲破坏时,剪力传递路径中断,导致拱的受力和变形能力突然消失.桁式拱局部屈曲时,仅有局部杆件变形明显,拱整体变形不明显;整体屈曲时,整个拱破坏模式呈明显非对称变形,且拱脚附近下弦杆出现局部变形.原因是发生整体屈曲时,拱的轴力和弯矩较大.由于拱的变形大小可以间接反映拱的稳定性,设计局部杆件稳定因数不应小于主拱整体稳定因数.桁式悬链线拱拱肋存在曲率变化,即使在实际应用中划分更多的拱肋节段分段拼装,也必然发生弦杆的局部变形.当拱达到极限承载力时,弦杆的稳定性承载力降低.几何尺寸对桁式C F S T悬链线拱稳定性的影响取跨度L m,bm,hm,弦杆Ds cts c mm mm,斜腹管Dsts mm mm的四肢桁式C F S T悬链线拱进行分析.不同荷载作用下,桁式悬链线拱的稳定性见图,其中,qu为整体破坏模式下的屈曲破坏荷载;qm a x为所有工况的最大屈曲荷载;qu/qm a x为归一化屈曲荷载.由图可知,矢跨比f/L在 的范围内,全跨竖向荷载下拱的稳定承载力大于半跨竖向荷载下拱的稳定承载力;在全跨荷载作用下,随f/L的增大,屈曲荷载先增大后减小;在半跨竖向荷载下,屈曲荷载也有相同趋势,但变化很小.第期计静等:四肢桁式钢管混凝土悬链线拱面内稳定性图不同荷载作用下桁式悬链线拱稳定性F i g S t a b i l i t yo f t r u s s c a t e n a r ya r c hu n d e rd i f f e r e n t l o a d s斜腹管对四肢桁式C F S T悬链线拱稳定性的影响见图,其中,qu/qu 为钢管尺寸比对应的归一化稳定承载力;Ds/Ds c、ts/ts c为钢管尺寸比,分别对应斜腹管/弦杆的外径和壁厚比值.在竖向均布荷载作用下,改变桁式悬链线拱的斜腹管尺寸和矢跨比,可得归一化稳定承载力随斜腹管尺寸比的变化,其中,qu 表示与Ds/Ds cts/ts c 对应的归一化稳定承载力.由图可知,若斜腹管不出现屈曲,拱的归一化稳定承载力接近,表明只要发生整体屈曲或弦杆屈曲,斜腹管尺寸比对桁式拱的归一化稳定承载力影响就很小.此外,由于斜腹管屈曲大幅降低桁式拱的承载力,损害桁式拱的延性变形能力,需根据内力分布选择适当的尺寸,防止斜腹管屈曲.图斜腹管对四肢桁式C F S T悬链线拱稳定性的影响F i g S t a b i l i t ye f f e c to fd i a g o n a l t u b eo nq u a d r i t r u s s e dC F S Tc a t e n a r ya r c h桁式悬链线拱承受竖向均布荷载时,弦杆与斜腹管的夹角对结构稳定性的影响见图,其中,qu/qu 为对应的归一化稳定承载力.由式()可得,最大抗剪刚度对应弦杆与斜腹管的约为 ,选用纵轴中qu 表示与 对应的归一化稳定承载力.由图可知,随夹角的增大,拱的归一化稳定承载力逐渐提图夹角对四肢桁式C F S T悬链线拱稳定性的影响F i g S t a b i l i t ye f f e c to f a n g l eo nq u a d r i t r u s s e dC F S Tc a t e n a r ya r c h东北石油大学学报第 卷 年高;尤其是当拱的截面高度较大时(h m),相较于当hm时整体屈曲破坏为主的情况,拱的归一化稳定承载力减小,表现为弦杆屈曲破坏.桁式拱的归一化稳定承载力随夹角的增大而增大,在其他参数不变的情况下,当夹角增大时,桁式拱面内弦杆长度减小,导致杆件稳定性增加,从而提高整个桁式拱的稳定性.此外,与半跨荷载作用下的拱相比,全跨荷载作用下拱的归一化稳定承载力qu/qu 随矢跨比的变化有较大差异.这主要是因为不同矢跨比(见图)的拱在全跨荷载作用下的承载力差异较大,弦杆的受力状态差异较大.对于矢跨比较大的拱,弦杆的受力状态不利,对应图中归一化屈曲荷载较低,对夹角的变化更敏感.相比之下,半跨荷载作用下拱的承载能力没有明显变化(见图).截面宽高比对四肢桁式C F S T悬链线拱抗屈曲性能的影响见图,其中qu 为截面宽高比为 时对应的归一化稳定承载力.由图可知,截面宽高比的影响不显著,截面宽高比取bh.图截面宽高比对四肢桁式C F S T悬链线拱稳定性的影响F i g S t a b i l i t ye f f e c to fb/ho nq u a d r i t r u s s e dC F S Tc a t e n a r ya r c h轴压桁式C F S T悬链线拱稳定性在整体屈曲、弦杆屈曲及斜腹管屈曲破坏模式中,选择适当的管截面,避免斜腹管发生屈曲,斜腹管屈曲的影响可忽略不计.由于拱在其他两种破坏模式下稳定性降低,与弦杆的挠曲变形相关,因此,整体屈曲和弦杆屈曲总是交替出现.这种稳定性的缩减效果与整个桁式拱的相对长细比和桁式拱面内弦杆的相对长细比有关.为了解实腹式或空腹式拱悬链线拱肋的稳定性,考虑拱肋仅有轴压的稳定承载力,采用合理拱轴线m法加载方式,分析四肢桁式C F S T悬链线拱的稳定性.归一化整体长细比对于合理拱轴线m法加载的桁式C F S T悬链线拱,类似于轴向加载的格构柱,考虑C F S T格构截面剪切变形的影响,平面内弹性屈曲临界荷载Nx l xc r 为Nx l xc rNx l xc r Nx l xc r/Ka,()式中:Nx l xc r 为不考虑剪切变形时悬链线拱在轴压中的弹性屈曲临界荷载;Ka为拱的屈曲因数,取决于矢跨比和荷载类型.Nx l xc r qx l xc r LL/L/qm(X)dX s i nKaE AX,()qm(X)fmc hk(m)(X),()式()中:qx l xc r 为不考虑剪切变形的拱顶弹性屈曲临界荷载集度;qm(X)为荷载集度函数;E、A分别为四肢桁式C F S T拱肋等效换算后的弹性模量与横截面积.第期计静等:四肢桁式钢管混凝土悬链线拱面内稳定性在m法荷载作用下,轴压桁式C F S T悬链线拱有三种均布径向荷载,即法线方向荷载、竖直方向荷载和指向中心荷载.其中,法线方向荷载屈曲后荷载总是沿曲拱段的法线方向,竖直方向荷载屈曲后荷载方向不变,指向中心荷载总是指向悬链线拱轴线的中心(见图).图三种轴压桁式C F S T悬链线拱径向荷载F i g T h r e e t y p e so f r a d i a l l o a df o rC F S Tc a t e n a r ya r c h i nu n i f o r mc o m p r e s s i o n图轴压桁式C F S T悬链线拱弹性屈曲因数F i g E l a s t i cb u c k l i n gc o e f f i c i e n t o fC F S Tc a t e n a r ya r c h i nu n i f o r mc o m p r e s s i o n轴压桁式C F S T悬链线拱的弹性屈曲因数Ka 见图,其中,/为归一化拱截面倾角,为拱截面的倾斜角度.三种径向载荷的屈曲结果存在差异,指向中心的屈曲荷载最大,法线方向的屈曲荷载最小.桁式C F S T悬链线拱的归一化整体长细比g n为g nNyNx l xc r XKayE(Nx l xc r Kv),()式中:Ny为桁式拱的整体轴压屈曲荷载;y为考虑套箍效应的屈曲强度.在有限元分析中,由于荷载作用在杆件的交叉节点处,归一化整体长细比采用相应的屈曲因数.对于弦杆,归一化构件长细比s c n的计算方法为s c nNy s cNs cc rs cyE,()yfysfcsfyfc(s),()式()中:s c为桁式拱面内弦杆的长细比;Ny s c为弦杆轴压屈曲荷载;Ns cc r为弦杆轴压屈曲临界荷载;fy为钢管屈服强度;fc为混凝土受压强度.屈曲曲线在矢跨比f/L ,整体长细比X ,截面高度h m时,对四肢桁式悬链拱轴压数值模拟分析,加载方式采用合理拱轴线m法加载.对桁式C F S T悬链线拱稳定性的影响分析见图,在整体长细比、弦杆长细比、矢跨比等尺寸参数相同的情况下,若斜腹管不发生屈曲,弦杆与斜腹管的截面尺寸对折减因数结果的影响较小.经试算分析,弦杆与斜腹管的截面尺寸分别选用Ds cts c mm mm和Dsts mm mm时,所有破坏情况下没有发生斜腹管屈曲.轴压桁式C F S T悬链线拱的折减因数为NuNyNuyAquLL/L/qm(X)dX s i nfys(fcsfyfc)(s)A,()东北石油大学学报第 卷 年式中:Nu为极限轴压荷载,NuquLL/L/qm(X)dX s i n;qu为拱顶的极限荷载集度.m法荷载条件下四肢桁式C F S T悬链线拱的折减因数变化见图,其中,/为统一折减因数.以f/L/的桁式悬链线拱为例,在图(a)绘制相对于归一化整体长细比的折减因数.对于给定长细比的拱,截面高度越大,桁式拱面内弦杆长度越大,弦杆屈曲的影响越大,折减因数越小.对于给定截面高度的拱,随归一化整体长细比的减小,弦杆屈曲的影响也变得显著.图 m法荷载条件下四肢桁式C F S T悬链线拱折减因数变化F i g R e d u c t i o nf a c t o rc h a n g eo fq u a d r i t r u s s e dC F S Tc a t e n a r ya r c hi nm m e t h o d l o a d可以定义一个相关因数表示弦杆屈曲的影响,即NuNu,()式中:Nu 和为桁式悬链线拱不考虑弦杆屈曲的屈曲结果.桁式悬链线拱面内的与整个拱与弦杆之间的稳定承载力比值Nu/Nu s c密切相关:如果Nu/Nu s c表示弦杆屈曲先于整体屈曲发生,弦杆屈曲对拱的稳定承载力起决定性作用,则小于;如果Nu/Nu s c表示弦杆的稳定承载力比整个拱的稳定承载力强,整体屈曲先发生,可以忽略弦杆屈曲的影响,在发生整体屈曲后,拱跨破坏迅速发生,则趋近于.由于整个拱和弦杆的轴压稳定承载力Nu 和Nu s c分别与归一化长细比g n和s c n密切相关,预测可以是归一化长细比s c n/g n的函数,公式()可写成(s c n/g n)(g n).()图 m法荷载条件下四肢桁式C F S T悬链线拱屈曲曲线F i g B u c k l i n gc u r v ec h a n g eo fq u a d r i t r u s s e dC F S Tc a t e n a r ya r c h i nm m e t h o d l o a dm法荷载条件下四肢桁式C F S T悬链线拱的屈曲曲线见图,其中,为统一折减因数;C E N/E C为欧洲标准化委员会发行的E C规范;AN S I/A I S C为 美 国 国 家 标 准 协 会 发 行 的A I S C 规范.引入可消除局部弦杆屈曲的影响.图(b)中,桁式悬链线拱的统一折减因数/与归一化的整体长细比对应.由图 可知,不同截面高度的折减因数的差异基本消除,不同归一化长细比的稳定性可由一条屈曲曲线表示.以桁式拱的截面高度、整体长细比和矢跨比作为参数,分析有限元参数,与归一化长细比s c n/g n呈近似线性变化,与矢跨比f/L有关,建立拟合方程为第期计静等:四肢桁式钢管混凝土悬链线拱面内稳定性(fL)s c ng n.()基于有限元分析,得到考虑交互作用屈曲效应的折减因数,利用式()给出的交互作用因数,对折减因数归一化处理,与规范中的屈曲曲线比较(见图).对于不同截面尺寸和矢跨比的桁式拱,统一折减因数/沿AN S I/A I S C 的屈曲曲线分布,略高于C E N/E C 的曲线b.对于均布受压的四肢桁式钢管混凝土悬链线拱,考虑弦杆屈曲的交互作用,面内稳定承载力为Nu yA Afysfcsfyfc(s).()g n,g n ;/g n,g n .()一般荷载作用下桁式C F S T悬链线拱稳定性交互作用方程在一般荷载作用下,悬链线拱受到轴压和弯矩的共同作用,轴向压力与弯矩沿拱轴线变化较大.与均匀受压的理想加载情况相比,无法建立一个考虑所有因素的统一设计方程,准确预测拱的面内稳定性.提出桁式拱在轴压和弯矩共同作用下稳定性承载力下限的交互作用方程:N A yMWxy,()WxIxh,()式()中:N和M分别为一阶分析的桁式拱的最大绝对轴力和最大弯矩;Wx为等效的面内截面模量;Ix为单肢弦杆对x轴的截面惯性矩;为截面模量因数,由加载条件确定,半跨 ,全跨 .在弯矩作用下,考虑弦杆受压变形的交互作用是一种简化的方法.方程式()第二项引入交互作用因数.四肢桁式C F S T悬链线拱稳定性的交互作用方程见图,其中,/(y)为交互作用方程中考虑轴压的多项式;M/(Wxy)为交互作用方程中考虑弯矩的多项式.改变桁式拱的截面尺寸、弦杆与斜腹管的夹角、长细比和矢跨比,得到有限元结果,方程式()对桁式C F S T悬链线拱在轴压和弯矩共同作用下的面内稳定性给出较为合适的下限预测.图 四肢桁式C F S T悬链线拱稳定性交互作用方程F i g I n t e r a c t i o ne q u a t i o nc h a n g eo f s t a b i l i t yo nq u a d r i t r u s s e dC F S Tc a t e n a r ya r c h结论()根据屈曲破坏模式,桁式C F S T悬链线拱发生面内屈曲时,通常伴随桁式悬链线拱面内带有曲率弦杆变形或屈曲,导致桁式拱的承载能力下降.斜腹管的屈曲导致桁式C F S T悬链线拱的承载力和变形东北石油大学学报第 卷 年能力明显下降,应防止斜腹管发生屈曲.()对于轴压作用下(m法加载)的桁式C F S T悬链拱,可用交互作用因数评价弦杆屈曲的影响;可用AN S I/A I S C 中的桁式拱预测归一化长细比的屈曲曲线拱在轴压下的稳定承载力.()对于轴压和弯矩共同作用下的桁式C F S T悬链线拱,稳定性设计可采用基于内力的一阶分析的交互作用方程,为一般荷载作用下的桁式悬链线拱提供合适的下限预测.参考文献(R e f e r e n c e s):徐福旺,胡清,袁长春,等钢管混凝土悬链线深拱单点加载试验研究J建筑结构学报,(增刊):XUF u w a n g,HU Q i n g,YUANC h a n g c h u n,e ta l E x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o no nc o n c r e t e f i l l e ds t e e l t u b u l a rc a t e n a r ya r c h e su n d e rs i n g l e p o i n t c o n c e n t r a t e d l o a dJ J o u r n a l o fB u i l d i n gS t r u c t u r e s,(S u p p ):郑皆连,王建军,牟廷敏,等 m级钢管混凝土拱桥设计与建造可行性研究J中国工程科学,():Z HE N GJ i e l i a n,WAN GJ i a n j u n,MOU T i n g m i n,e ta l F e a s i b i l i t ys t u d yo nd e s i g na n dc o n s t r u c t i o no fc o n c r e t ef i l l e ds t e e l t u b u l a ra r c hb r i d g ew i t has p a no f mJ S t r a t e g i cS t u d yo fC A E,():陈宝春,韦建刚,周俊,等我国钢管混凝土拱桥应用现状与展望J土木工程学报,():C HE NB a o c h u n,WE I J i a n g a n g,Z HOUJ u n,e t a l A p p l i c a t i o no f c o n c r e t e f i l l e ds t e e l t u b ea r c hb r i d g e s i nC h i n a:c u r r e n t s t a t u sa n dp r o s p e c t sJ C h i n aC i v i lE n g i n e e r i n gJ o u r n a l,():陈宝春,刘福忠,韦建刚 座钢管混凝土拱桥的统计分析J中外公路,():C HE NB a o c h u n,L I UF u z h o n g,WE I J i a n g a n g,e t a l S t a t i s t i c a l a n a l y s i so f c o n c r e t e f i l l e ds t e e l t u b ea r c hb r i d g e sJ J o u r n a l o fC h i n a&F o r e i g nH i g h w a y,():P IY o n g l i n,T R AHA I R N S N o n l i n e a rb u c k l i n ga n dp o s t b u c k l i n go fe l a s t i ca r c h e sJE n g i n e e r i n gS t r u c t u r e s,():C A I J i a n g u o,F E N GJ i a n,C HE NY a o,e t a l I n p l a n e e l a s t i c s t a b i l i t yo f f i x e dp a r a b o l i c s h a l l o wa r c h e sJ S c i e n c e i nC h i n aS e r i e sE:T e c h n o l o g i c a lS c i e n c e s,():C A IJ i a n g u o,F E N GJ i a n B u c k l i n go fp a r a b o l i cs h a l l o wa r c h e sw h e ns u p p o r ts t i f f e n su n d e rc o m p r e s s i o nJM e c h a n i c sR e s e a r c hC o mm u n i c a t i o n s,():C A I J i a n g u o,XUY i x i a n g,F E N GJ i a n,e t a l E f f e c t s o f t e m p e r a t u r ev a r i a t i o n s o n t h e i n p l a n e s t a b i l i t yo f s t e e l a r c hb r i d g e sJ J o u r n a l o fB r i d g eE n g i n e e r i n g,():C A I J i a n g u o,XUY i x i a n g,F E N GJ i a n,e t a l I n p l a n e e l a s t i c b u c k l i n go f s h a l l o wp a r a b o l i c a r c h e su n d e r a ne x t e r n a l l o a da n d t e m p e r a t u r ec h a n g e sJ J o u r n a l o fS t r u c t u r a lE n g i n e e r i n g,():V E R S T A P P E NI,S N I J D E RH H,B I J L AA R DFSK,e t a l D e s i g nr u l e s f o r s t e e l a r c h e s i n p l a n e s t a b i l i t yJ J o u r n a l o fC o n s t r u c t i o n a lS t e e lR e s e a r c h,():P IY o n g l i n,T R AHA I RNS I n p l a n e i n e l a s t i cb u c k l i n ga n ds t r e n g t h so f s t e e l a r c h e sJ J o u r n a lo fS t r u c t u r a lE n g i n e e r i n g,():P IY o n g l i n,T R AHA I R NS I n p l a n eb u c k l i n ga n dd e s i g no fs t e e la r c h e sJ J o u r n a lo fS t r u c t u r a lE n g i n e e r i n g,():P IY o n g l i n,B R A D F O R D M AE l a s t o p l a s t i cb u c k l i n ga n dp o s t b u c k l i n go fa r c h e ss u b j e c t e dt oac e n t r a l l o a dJC o m p u t e r s&s t r u c t u r e s,(/):P IY o n g l i n,B R A D F O R DM A I n p l a n e s t r e n g t ha n dd e s i g no f f i x e ds t e e l I s e c t i o na r c h e sJ E n g i n e e r i n gS t r u c t u r e s,():TON GG e n s h u,P IY o n g l i n,GAO W e i I n p l a n en o n l i n e a ra n a l y s i sa n db u c k l i n go f s h e a r d e f o r m a b l ec i r c u l a ra r c h e sJA d v a n c e dS t e e lC o n s t r u c t i o n,():WUX i n r o n g,L I UC h a n g y o n g,WAN G W e i,e t a l I n p l a n e s t r e n g t ha n dd e s i g no f f i x e dc o n c r e t e f i l l e ds t e e l t u b u l a rp a r a b o l i c a r c h e sJ J o u r n a l o fB r i d g eE n g i n e e r i n g,():L I UC h a n g y o n g,WAN GY u y i n,WU X i n r o n g,e ta l I n p l a n es t a b i l i t yo f f i x e dc o n c r e t e f i l l e ds t e e l t u b u l a rp a r a b o l i ca r c h e su n d e rc o m b i n e db e n d i n ga n dc o m p r e s s i o nJ J o u r n a l o fB r i d g eE n g i n e e r i n g,():HU Q i n g,L I UC h a n g y o n g,YUANC h a n g c h u n,e t a l E x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n i n t o i n p l a n e s t a b i l i t yo f c o n c r e t