大跨度钢管混凝土拱桥非线性稳定分析

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大跨度钢管混凝土拱桥非线性稳定分析

作者：张彬

来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2013年第10期

摘要：本文针对钢管混凝土的研究现状，对大跨度钢管混凝土结构非线性稳定作了具体研究。几何非线性对大跨度钢管混凝土拱桥的稳定性影响较小，材料非线性对大跨度钢管混凝土拱桥的稳定性影响较大，同时考虑几何非线性和材料非线性后，大跨度钢管混凝土拱桥的稳定系数最小。

关键词：钢管混凝土拱桥 稳定性 几何非线性 材料非线性 1 概述

钢管混凝土是一种发展前景广阔的结构形式，它能适应现代结构向大跨度、高耸、重载发展和承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术的工业化要求，正被越来越广泛地应用于各个领域，取得了良好的经济效益和建筑效果，已成为结构工程学科的一个重要发展方向。作为钢管混凝土结构的重用应用之一的钢管混凝土拱桥，因其具有施工便利、结构美观、造价经济等优点在我国近些年取得了长足的发展。随着钢管混凝土拱桥跨度日益增大和广泛的采用高强度材料、薄壁结构，其稳定问题更加明显。对于大跨度钢管混凝土拱桥而言稳定性是关系其安全与经济的主要问题之一，它与强度问题具有同等重要的意义。钢管混凝土拱桥的稳定问题可以分为两类。第一类是分支点失稳，这一类失稳问题力学概念单纯明确，结构稳定问题通常转化为特征值问题，计算方便。而且其临界荷载值可以近似的作为第二类稳定问题的上限，在理论分析中占有重要的地位。第二类是极值点失稳。由于拱桥结构不可避免的存在弯曲、偏心等缺陷，尤其对于大跨度拱桥，在外力作用下主拱内力除了轴线压力外，弯矩和扭矩也占到很大的比重，结构的变形呈现出非线性状态，因此实际工程中拱桥的失稳都是第二类失稳。 2 稳定分析理论

2.1 线性（弹性）屈曲理论 线性屈曲法也叫做特征值方法。假定结构和材料都是线性的，结构的内力和外荷载之间成比例关系。线性屈曲法只能应用于理想结构，不能考虑结构的初始缺陷，几何非线性和材料非线性。

根据线性屈曲理论，结构稳定问题通常转化为求解下式的特征值问题 （[k0]+λ[kσ]）{δ}=0（1） [k0]为弹性刚度矩阵； [kσ]为初始应力矩阵；

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