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《漣鋼科技與管理》2017年第5期

摘要:橋梁工程是我國交通發展的基礎工程，隨著人們生活質量的不斷提高，人們對橋梁的關注點不僅僅是橋梁結構的穩定性更是橋梁的美觀性，鋼箱拱橋就可以很好的滿足這些要求，不但可以有很好的外觀，而且結構穩定性也非常強，但是在鋼箱拱橋中也存在很多的靜力失效形式，其中屈曲失穩是主要的形式之一，也就是我們經常說的地震。當前，一些專家在進行鋼箱拱橋的失效機理研究時主要采用方法的是建立桿系有限元模型，利用彎矩曲率模型或者纖維模型的彈塑性大變形理論對鋼箱拱橋的結構形式進行研究，但是在采用這種方法進行研究時，很多人都忽略了局部屈曲對鋼板的影響，而鋼箱拱橋的拱肋截面就是由這些鋼板組成的，這也是引起鋼箱拱橋失效的主要原因。

關鍵詞:鋼箱拱橋；板殼模型；纖維模型；穩定性能；極限承載能力鋼箱拱橋在我國的橋梁工程中應用主要是因為高強度吊桿的出現，高強度吊桿不僅提高了鋼箱拱橋的結構穩定性還使鋼箱拱橋的很多新式結構能夠在橋梁施工中被應用。隨著我國橋梁施工技術的不斷成熟，目前的鋼箱拱橋吊桿是由高強度鋼絲的組合而成的，這些高強度鋼絲應用在鋼箱拱橋中很好的展現了力學的特點，吊桿的布置方式存在很大的可變性，這也是鋼箱拱橋的外觀受到很多人的欣賞。因此，在鋼箱拱橋的施工過程中，一定要對拱橋的吊桿、拱肋等問題加強重視，不斷提高結構的溫度性，促進鋼箱拱橋在我國橋梁施工中的應用和發展。

1鋼箱節段結構極限狀態研究

1．1單調荷載作用下的極限狀態

通過對鋼箱拱橋結構荷載位移曲線的研究可以發現，在單調荷載的作用下，如果荷載達到了最大值，那么荷載最大值附近的鋼板就會在應力的作用下發生變形，變形的增大也會促進結構承載能力的降低。在鋼箱拱橋的施工中使用到的鋼材都是延展性非常優越的鋼材，本文對鋼箱拱橋結構荷載位移曲線的研究選取的是承載力達到最高點以后的狀態作為輕度失效的狀態來對結構的極限應變進行分析。通過研究得知，在結構受到不同的軸力作用時，結構出現的極限狀態會比較相近，發生變形時的狀態也基本一致。如果荷載達到了最高點，鋼箱拱橋中的立柱結構就會出現不穩定的現象，而拱橋中的很多腹板的結構厚度都要比翼緣板的厚度小，所以在發生變形時，也是腹板比翼緣板先出現變形狀態。

1．2纖維模型與板殼模型的差異

在鋼箱拱橋采用纖維模型和板殼模型對抗震性能進行分析，得到的最大荷載系數。通過研究可以發現，板殼模型的最大荷載系數要比纖維模型的荷載系數大，但是系數值的相差度也不是特別高，主要是因為在采用纖維模型對鋼箱拱橋的鋼板進行變形計算時沒有將后期的承載力計算在內，得到的結果也沒有明顯的變化。

1．3極限壓應變與軸壓比的關系

在不同的軸力作用下，板殼模型的計算數值和結果都存在很大的差異，具體情況如下圖所示。從圖中可以得知，在受到不同軸力的影響下，板殼模型的滯回曲線的面積雖然有很大的區別，但是滯回曲線的形狀是程一定的規律的。從試驗得出，軸壓和滯回環的表面積成反比，在受到的軸壓比較小時，滯回環的面積就會增大，而在受到的軸壓比較大時，滯回環的面積就會相對減小。

2鋼箱拱橋在地震作用下的失效機理研究

2．1結構地震反應和失效特性

在對鋼箱拱橋的抗震能力進行計算時，采用板殼單元的計算方式時，無法從計算模型中直接將軸力提取出來，想要對軸力進行提取還需要進行截面應力和面積的分析，對采用纖維模型計算，拱肋和立柱的軸力變化進行適當分析，通過分析可以得知，在地震波的影響下，拱肋軸力變化范圍在0.05－0.4Ny之間，立柱軸力變化范圍在0－0.15Ny之間，邊立柱的軸力變化比中間立柱大。分析結果可以得知，在對鋼箱拱橋的抗震能力進行計算時，需要將這種軸力對計算結果的影響考慮到工程的設計中，避免出現考慮不周而造成的結構不穩定。

2．2最大壓應變與平均極限壓應變

本文通過對以往眾多資料的查閱，發現很多專家在對鋼箱拱橋的抗震性能進行計算時采用的是極限應變的計算方法，這種方法雖然比較常用，但是方法的有效性卻沒有得到相應的驗證。因此，本文利用以往的一些專家在計算時得到的結果對這種計算方法的可行性進行了適當的分析。原因是這兩個立柱在地震作用下受到的破壞力比較大，這兩個立柱上個單元最大壓應變發生單元的應變時程曲線。最大壓縮應變以及殘余壓應變計算結果的對比。在鋼箱拱橋的抗震性能計算時，采用板殼模型的計算方式是比采用纖維模型的計算方式得到的結果要大，這就說明，在橋梁結構的塑性狀態下，橋梁結構發生變形時的變形應力比較集中，出現的殘余應力也比較大，而在纖維模型的計算方式下，橋梁結構發生變形時的應力會比較分散，殘余應力也相對較小。也就是說在地震作用下，對橋梁結構的損壞比較小時，采用板殼模型和纖維模型對破壞力進行計算時的差異比較小，而在地震作用的破壞力比較大時，差異就比較大，因此，在對橋梁結構的抗震性能進行計算時，如果地震的破壞力較小時采用這兩種計算方式都是可行的，但是在地震的破壞力較大時，建議采用纖維模型進行計算，采用這種方式可以得到更加精確的結果。

2．3鋼箱拱橋抗震性能驗算方法的建議

近些年，我國的科學技術不斷發展，鋼箱拱橋結構中的抗振性能計算方式也在發生著變化，隨著有限元技術越來越成熟，我國的很多橋梁在地震作用下的破壞可以通過計算的方式進行，一些專家在發現結構上的缺陷和非線性因素對橋梁結構穩定性的影響之后，開始采用三維彈塑性有限元模型展開對地震作用下橋梁的失效機理進行計算和分析。這種三維彈塑性有限元模型可以很好對鋼箱拱橋的失效機理進行計算，分析出的結果也比較準確，但是，如果對鋼箱拱橋的有限元模型的計算比較復雜時，在工程的設計中，這種復雜的建模過程實現起來就非常困難了，而且纖維模型在計算中量相對較小，通過一些研究可以發現，纖維模型的計算準確度還是比較高的，在鋼箱拱橋的抗震能力計算時可行性比較高。在鋼箱拱橋的抗震能力計算時，存在一些塑性應變比較大區域，對這些區域進行計算時需要準確的找出極限塑性應變的數值，但是到目前為止，仍然沒有一個完善的方法可以對這項數值進行確定，而目前的計算中應用的平均法雖然可以得到相對準確的數值，但是仍然不能滿足極限塑性應變值與破壞區域之間的隨意性的關系。因此，在對鋼箱拱橋的結構抗振性能進行計算時，在不同的區域采用不用的計算方式，以提高抗震計算的準確性，比如說，在拱腳和立柱的計算時采用板殼單元，其他的一些部位可以采用纖維模型，提高模型在計算中的可靠性，在這些數值應用到工程的設計中以后，給后續的工程施工也奠定了基礎。

3結束語

綜上所述，隨著鋼箱拱橋在我國的橋梁施工中應用越來越廣泛，人們對于橋梁結構穩定性問題的關注度持續增長，而影響鋼箱拱橋結構穩定性，造成失效的因素非常多而且也非常的復雜，本文只是對其中的一小部分進行分析，結合鋼箱拱橋的施工具體情況來看，鋼箱拱橋結構的受力情況比較簡單，但是從每個結構的不同來說，鋼箱拱橋的受力結構又非常的復雜，而且具有一定的非線性特征。鋼箱拱橋的鋼板非常容易在某些情況下發生屈曲和損壞，比如說在焊縫、溫度以及殘余應力的作用下失效情況也是不同的，對結構的受力情況也會產生影響。因此在對鋼箱拱橋進行設計時，需要將這些情況都考慮到施工中，避免出現鋼箱拱橋的結構不穩定，造成安全隱患。

參考文獻

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作者：王陽 單位：河北建設集團卓誠路橋工程有限公司