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1、分类号 U448 单位代码 10618密 级 学 号 106260132硕 士 学 位 论 文论文题目：基于滑移理论大跨径钢管混凝土拱桥稳定性分析 Stability Analysis based Slip-theory of Large Span Concrete-filled Steel Tube Arch Bridge 研究生姓名： 李 杰 导师姓名、职称： 曾德荣 教授申请学位门类： 工 学 专 业 名 称： 桥梁与隧道工程论文答辩日期： 2008 年 12 月 11 日学位授予单位： 重 庆 交 通 大 学答辩委员会主席： 周建庭 评阅人： 周建庭 陈德玖2008 年 12 月 重庆
2、交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩
3、印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要对于大跨径钢管混凝土肋式拱，由于其宽跨比相对较小，相对刚度较弱，在外界因素作用下,
4、结构的内力除了轴向力外，弯矩、扭矩所占的比重比较大。因此，对于大跨度钢管混凝土拱桥，研究其稳定性确定其极限稳定承载能力，这对工程设计是非常必要而有意义.钢管混凝土的紧箍力是使钢管混凝土核心区承载力提高的关键因素，而钢管和混凝土两者间的粘结滑移又是保证混凝土发挥紧箍力的前提，但是钢管混凝土目前对粘结力在其稳定性的影响的研究相对较少，同时两种材料共同发挥作用时研究除受实验设备的影响外，研究人员在进行稳定理论研究方面也要受到材料理论发展的制约。论文结合巫山新龙门钢管混凝土拱桥，在论述现有的拱桥稳定计算理论的基础上，对其作稳定性分析。主要进行以下几个方面的研究和讨论：1.钢管混凝土结构的力学性能和稳定
5、理论研究分析。论文分别对钢管混凝土构件的力学性能、拱桥的屈曲稳定问题进行了讨论。概述两类稳定问题理论的计算分析过程，研究探讨目前钢管混凝土拱桥的稳定理论的分析和研究。2.论文还分析研究了钢管混凝土构件的粘结理论，并对粘结滑移单元的模拟进行了介绍和分析。3.钢管混凝土拱桥稳定的有限元分析。运用大型有限元软件将拱肋采用添加粘结单元的双材料模型更好的模拟钢管和混凝土的粘结滑移作用，并对桥梁进行三维数值分析，得出其整体屈曲荷载和安全稳定性系数，研究两种材料粘结性对于提高紧箍力和稳定性时发挥的作用。并分析其影响变化的原因。关键词：钢管混凝土 力学性能 粘结滑移 稳定性 有限元分析法 ABSTRACTFo
6、r long-span concrete-filled steel tube arch bridge, because of its relatively weak rigidity in the external factors, in addition to axial force, the structure also suffers the bending moment and torque moment. Therefore, the study to determine its limiting force in carrying capacity is essential to
7、engineering design. The hoop force of the steel tube is the key factor to strengthen the bearing capacity of the core area. And the Bonding force between the concrete and steel pipe ensures The hoop force between the two Materials working effective .However, the current research about the adhesive f
8、orce between concrete and steel pipe on its stability are relatively few, in additionally, the study of the two materials play a role together is impacted by the experimental device, the development of materials theories also constraints the researchers conducting theoretical research on the stabili
9、ty. To linking up with WuShan Xinlongmen Bridge, concrete-filled steel tube arch bridge, the paper introduces the theory of stability about the arch bridge and its stability analysis and it mainly study and discuss problems in the following areas: Firstly, the mechanical properties and stability the
10、ories of Concrete-filled steel tubular structure. Papers discuss the concrete-filled steel tube components on the mechanical properties and the buckling stability. Secondly, Paper also analyzed the bonding theory about the concrete-filled steel tube components and simulated the bond-slip unit. Third
11、ly, stability analysis of Concrete-filled steel tube arch bridge. using the Large-scale FEM software built up the arch model with adding bonding unit, which simulated the bonding between steel pipe and concrete. The papers also had a three-dimensional numerical analysis on the bridge and got the sec
12、urity factor, which researches the bonding of two materials for improving the stability of the hoop force. KEY WORDS: concrete-filled steel tube； mechanical properties；bond-slip；stability； method of finite element analysis目 录第一章 绪论 11.1钢管混凝土结构的特点与研究概况1 1.1.1钢管混凝土结构的特点1 1.1.2钢管混凝土结构的研究概况2 1.2.3钢管混凝土结
13、构力学性能的研究概述31.2 钢管混凝土拱桥的特点与发展现状 41.3 钢管混凝土拱桥的稳定理论研究现状 51.4 本文研究意义与研究内容 6第二章 钢管混凝土力学性能与稳定理论82.1 概述 82.1.1 轴心受压构件的基本工作性能 82.1.2 轴心受压构件的强度计算 112.1.3 轴心受压构件的稳定计算 122.1.4 偏心受压构件承载力的计算 142.1.5 弹性变形模量的计算 152.2稳定问题求解方法的评述 162.3 钢管混凝土拱桥稳定性分析的四种方法 17 2.3.1特征值屈曲分析 172.3.2 材料非线性屈曲分析 172.3.3 几何非线性屈曲分析 192.3.4 双重非
14、线性屈曲分析 212.4 平面内屈曲 212.5 平面外屈曲 22第三章 拱桥稳定问题的有限单元法233.1钢管混凝土拱桥拱肋模拟方法233.1.1 换算材料模型 233.1.2 双材料模型 243.2 空间梁单元的刚度矩阵 253.3 有限元方法计算概述 34第四章 钢管混凝土粘结滑移理论364.1 钢管混凝土粘结理论的研究现状364.2 钢管混凝土粘结滑移性能的基本问题364.2.1 粘结机理364.2.2 粘结强度374.3钢管混凝土粘结滑移性能分析38 4.3.1钢管混凝土的界面状态38 4.3.2钢管混凝土粘结滑移的发展过程394.3.3 粘结强度影响因素394.4粘结滑移的本构关系
15、 41第五章 钢管混凝土拱桥稳定性分析455.1模型桥工程概况455.2计算模型465.2.1双材料模型46 5.2.2换算界面模型495.2.3 添加粘结单元双材料模型495.3弹性屈曲分析525.4双重非线性稳定性分析545.4.1模型几何非线性考虑555.4.2模型材料非线性考虑555.4.3模型结果分析58第六章 结论与展望616.1结论616.2展望616.2.1 发挥钢管混凝土抗压性能的优越性626.2.2 改变结构体系636.2.3 钢管混凝土的理论研究63致谢 65参考文献 66在学期间发表的论著及取得的科研成果 69 第一章 绪论7第一章 绪论 拱桥是我国公路上使用很广泛的一
16、种桥梁体系。它以造型美观、造价较低、跨越能力大等优点在我国的桥梁建设领域中占据非常重要的地位。传统的圬工拱桥和钢筋混凝土拱桥中，拱圈建筑材料的自重过大、施工方法陈旧及落后等，导致在实际应用范围及跨越能力上受到限制；而钢拱桥由于工程造价昂贵、维修费用高等特点，使得在大跨度桥梁结构中逐渐丧失了竞争能力。近年来，随着拱圈材料强度的提高、结构体系的更新及施工工艺的改进，特别是钢管混凝土材料在工程中的广泛应用，使拱式结构在大跨度桥梁结构中又重新焕发了青春，在一定的跨度内称为比较合适的桥梁结构型式。 桥梁结构的稳定性是关系其安全与经济的主要问题之一，它与强度问题有同等重要的意义。特别是大跨度桥梁日益广泛地
17、采用高强材料和薄壁结构，稳定问题更显重要。世界上曾经有过不少桥梁因失稳而丧失承载能力的事故。如俄罗斯的克夫达敞开式桥，于1875年因上弦压杆失稳而引起全桥破坏；加拿大的魁北克桥于1907年在架设过程中由于悬壁端下弦杆的腹板翘曲而引起严重破坏事故；前苏联的莫兹尔桥，于1925年试车时由于压杆失稳而发生事故。 钢管混凝土材料由于钢管对混凝土的套箍作用大大提高了混凝土的塑性性能，使高强混凝土的脆性弱点得到克服，提高了其承载能力。大量的工程实践表明，与钢结构相比，在保持自重相近和承载能力相同的条件下，钢管混凝土可节省钢材50%左右，并可减少大量的焊接工作;与普通钢筋混凝土结构相比，在承载能力相同时，钢
18、管混凝土可节省混凝土用量约50%，构件自重与截面面积可减少约一半,因此钢管混凝土材料应用于主要受压的拱桥拱肋，解决了材料高强度与施工无支架的问题，使拱桥的发展重新焕发了生机。1.1钢管混凝土结构的特点与研究概况 1.1.1钢管混凝土结构的特点 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土形成的构件，它是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的，按截面形式的不同，分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土。在实际工程中，应用最广泛的是圆钢管混凝土，且管内只浇灌素混凝土，不再配置钢筋或钢管。钢管混凝土的基本原理是:借助内填混凝土来增强钢管壁的稳定性；借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用
19、，使核心混凝土在工作时处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和抗压缩变形能力。所以，钢管混凝土在本质上也就是由钢管对混凝土实行套箍强化的一种套箍混凝土。由于利用了钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互间的组合作用，充分发挥两种材料的优点:混凝土填入钢管形成新的组合材料钢管混凝土，改善了其组成材料的力学性能，钢管的约束作用提高了内填混凝土的抗压强度和弹性模量，混凝土的支撑作用提高了钢管的稳定性。钢管混凝土具有如下几个特点： 承载力高。薄壁钢管对局部缺陷很敏感，其承载力是极不稳定的。而钢管混凝土构件，钢管延缓了混凝土受压时的纵向开裂，混凝土也大大增强了薄壁钢管的局部稳定，钢管混凝土的承
20、载力大大高于二者单独受荷载时承载力之和。 塑性和韧性好。单向受力时混凝土的破坏特征常为脆性，尤其对于高强度混凝土更是如此，但钢管混凝土中的核心混凝土在钢管的约束下，不仅在使用阶段改善了它的弹性性质，而且破坏时能产生很大的塑性变形，使钢管混凝土具有优良的抗震性能。在冲击荷载或振动荷载作用下，这种结构也表现出很好的韧性。 经济性好。钢管混凝土结构与普通钢筋混凝土相比，在保持用钢量相近和承载力相同条件下，构件截面面积可以减少约一半；与钢结构相比，在保持自重和承载力相同的条件下，可省钢材50%左右。 施工方便。钢管本身就是耐侧压的模板，省去一般混凝土施工要支模、拆模的麻烦；钢管也兼有纵、横向钢筋作用，
21、制作钢管远比制作钢筋骨架省工省料，也便于浇灌;钢管拼装后形成劲性承重骨架。自重轻、便于起吊，简化了施工安装工艺，节省支架、缩短工期。因此 ,外钢管往往可替代模板，便于施工。 耐火性能好。由于钢管内填了混凝土，在高温情况下，与空管相比，它的软化温度将极大地提高，在急剧降温时又不会像钢筋混凝土结构那样爆裂。 1.1.2钢管混凝土结构的研究概况 钢管混凝土在土木工程中的应用已有100多年的历史，最早采用钢管混凝土的工程是1879年英国的赛文铁路桥桥墩，当时在空钢管中填充混凝土的目的主要是为了防锈并承受压力。1901年，J. S. Sewell首次提出，钢管混凝土不仅能防锈，还能提高其刚度和承载力。1
22、902-1906年法国Conidere在探索三向受荷的混凝土性能时，发现受套箍混凝土增加的承载能力约等于配置同样重量的纵向钢筋的2.4倍，1907年美国的Lally公司首次给出了圆钢管混凝土柱的安全承载能力公式，随后这种被称为“Larry Column”的钢管混凝土柱在一些单层和多层房屋建筑中得以应用。但在早期的应用中一般不考虑由于组成钢管混凝土的钢管及其核心混凝土间相互作用对承载力的提高。60年代，英国聂基(P. K. Neogi)等人对管内混凝土三向受力时强度的提高及考虑钢管对混凝土约束效应时钢管混凝土的计算方法作了研究，是钢管混凝土理论探讨上的一大突破。随后，钢管混凝土结构的应用在西欧、
23、北美、日本和前苏联等工业发达国家受到重视，并颁布了许多设计规范。在欧洲，如英国、德国和法国等国家，目前的设计规程主要有LCT(1996)和DIN18800(1997)；在美国，设计规程主要有ACI319-89, SSLC(1979)和LRFD (1994)；在日本，1923年关西大地震后，日本人发现钢管混凝土具有优越的抗震性能，故随后的建筑尤其是高层建筑中，钢管混凝土得到大量应用，目前的设计规程主要有AIJ (1980,1997)。 在我国，最早开展钢管混凝土研究工作的是1959年原中国科学院哈尔滨土建研究所，1963年北京地铁车站工程成功地采用了钢管混凝土柱。随后，这种结构在国内的一些单层或
24、多层工业厂房的柱子中逐步得到进一步推广应用。从80年代末开始，不同的行业部门根据需要制订、颁布、实施了一些钢管混凝土设计规程，如:国家建筑材料工业局1989年颁布的钢管混凝土结构设计与施工规程(JCJO1-89)、中国工程建设标准化协会1990年颁布的钢管混凝土结构设计与施工规程(CECS28-90)、电力部1998年颁布的钢一混凝土组合结构设计规程(DL5099-98),经济贸易委员会1999年颁布的钢一混凝土组合结构设计规程(DL/T-5085-1999)、中国人民解放军总后勤部2001年颁布的战时军港抢修早强型钢一混凝土组合结构设计规程(GJB-2001)，这些设计规程对十钢管混凝土结构
25、在我国迅速地推广应用起到了非常重要的作用。 1.1.3钢管混凝土结构力学性能的研究概述在过去的几十年里，国内外众多学者采用不同的研究方法，对钢管混凝土构、扭、剪及其组合作用下的力学性能以及钢管混凝土构件的动力性能和耐火性能等进行了大量的理论分析和试验研究，取得了丰硕的研究成果，提出了许多不同的计算理论和计算公式，现概述如下： 轴心受压时的强度承载力。钢管混凝土轴心受压短试件的强度承载力的计算方法可归纳为确定极限承载力和确定进入塑性工作阶段的承载力。1）极限承载力是早期研究者们普遍采用的方法，钢管对核心混凝土提供了约束，使混凝土三向受压，从而提高了承载力；在达到极限承载力时，钢管纵向应力为零，环
26、向应力也达到屈服点，因而约束效应最大。前苏联伏滋捷夫1935年推荐的公式、英国D. S. Bondale和P. J. Clark于1966年提供的公式、我国苏州混凝土与水泥制品研究院1982年提出的公式，还有我国建筑科学研究院按照极限平衡原理，假设钢材为无限塑性体条件下导出的公式，均属此类。2）进入塑性工作阶段的承载力，上个世纪80年代开始，国内外很多研究工作者采用以钢管发展塑性，混凝土达到极限为钢管混凝土轴心受压时都极限强度，此法的关键是如何确定进入塑性阶段时钢管的纵向应力。不同的研究者采用不同的强度理论，比较典型的有塑性理论、八面体理论、最大剪应力和莫尔强度理论。也有一些学者采取限制纵向变
27、形的方法来确定轴压承载力。轴心受压时的稳定承载力。此临界力的计算可归纳为三种方法:1）应用欧拉公式确定承载力BPKnowles认为构件的临界力是钢管和混凝土的欧拉临界之和，并于1970年给出了数学计算公式。钟善桐对该公式进行了修正，建议钢材模量在钢管应力低于比例极限时，取弹性模量；钢管应力高于比例极限时，取切线模量；混凝土模量按有无紧箍力两种情况分别取用。汤关祚则将钢管混凝土综合弹性模量的概念引入到欧拉公式中。2）根据实验结果回归稳定系数，钟善桐在1984年详细论述了采用经验稳定系数的方法，但计算结果与实验结果相差较大。 3）数值解法主要有纤维模型法和有限元等两种方法。纯弯曲构件的抗弯承载力。
28、钢管混凝土抗弯承载力的确定依据不尽相同。例如招炳泉等定义截面塑性充分发展，钢管最外边缘纤维尚未强化的点为构件的抗弯极限。W. Furlong和蔡绍怀等人则认为是钢管套箍效应充分发挥，又尚未进入强化阶段时的最大荷载，即钢管纵向纤维开始进入强化阶段的荷载。 偏心受压构件的承载力。偏心受压时承载力的计算方法可归纳为四种: 1）采用最大荷载理论根据临界状态时危险截面内外力平衡条件、几何关系及变形协调条件得截面平均应力与杆中挠度之间的关系，极值点即得临界应力。 2）轴力与弯矩相关方程B.PKnowles 采用直线表达式，W. Furlong采用圆形表达式分别给出了轴力与弯矩的相关方程。采用相关方程的优点
29、是计算简便，计算公式和轴压及抗弯承载力计算公式相衔接。 3）增大偏心率法这是参照钢筋混凝土偏心受压构件的计算方法，即考虑纵向弯曲的影响，将初始偏心距乘以大于1的增大系数；然后假设临界状态时危险截面形成塑性铰而受拉区混凝土不参加工作，根据塑性铰的应力图导出构件的极限荷载，即临界荷载。此法混淆了稳定与强度的区别，且计算复杂。 4）经验系数法国外采用经验稳定系数时，和轴压构件一样用单一稳定系数。在国内，蔡绍怀等学者通过试验结果回归出稳定系数，结果表明荷载偏心对各种长细比构件的影响都一样。 哈尔滨建筑大学也提出把钢管混凝土视为一种统一的“组合材料”来研究其综合性能的新观点。其基本思想是:在合理确定钢材
30、和核心混凝土本构关系模型的基础上，利用数值分析方法对钢管混凝土轴压、纯弯、纯扭、压弯、弯扭、压扭和压弯扭构件的力学性能进行全过程分析，并确定组合材料轴压、剪切及弯曲等一系列力学性能指标，推导出钢管混凝土在压弯、扭剪复合受力状态下的承载力计算相关方程，从而使轴压、纯弯、纯扭、剪切及其组合受力状态下的承载力相互衔接，形成统一的承载力计算公式。目前钢管混凝土统一理论有关研究成果也已被国内的多本设计规程采用。1.2 钢管混凝土拱桥的特点与发展现状 最早将钢管混凝土这种组合材料应用于拱桥结构的是前苏联的桥梁专家，1939年，前苏联著名的桥梁专家Perederiry率先用钢管混凝土建造了跨越列宁格勒涅瓦河
31、的拱梁组合体系公路桥，跨度达l0lm;与此同时，前苏联Rosnovskiy教授在西伯利业也建造了一座跨度达140m的铁路桁肋钢管混凝土拱桥。钢管混凝土拱桥应用最广泛的是中国。80年代末，四川桥梁工作者将钢管混凝土用十拱桥建设上，成功地建成了国内首座跨径115m的下承式钢管混凝土拱桥旺苍东河大桥，该桥的建成为我国大跨度拱桥的发展开辟了一条新路。采用钢管混凝土作为拱桥的拱肋，主要有下列优点：在公路和城市拱桥中，永久荷载占有很大的比例，通过合理选择拱轴线，可减少拱肋中的弯矩，因而可以发挥钢管混凝土抗压承载力高的优势，取得节省材料的较大经济效果；与传统的钢筋混凝土拱肋相比，钢管混凝土拱桥的拱肋吊装重量
32、要小得多，使钢管混凝土拱桥就有向大跨径方向发展的可能，这使得长期以来钢筋混凝土拱桥无法突破200m的现象成为历史；一根直径80cm，弧长150m的钢管拱肋，一般只要4-5个小时即可泵送完成，而对于钢筋混凝土拱桥则需要绑扎钢筋、立模，然后分段灌注，工序十分繁琐，工期时间也长；由于拱肋自重的减小，使桥墩负担减小，节省了基础费用；和过去常用的钢筋混凝土拱桥相比，不存在混凝土开裂问题。 基于以上优点，钢管混凝土拱桥在出现后，很快得到了桥梁界的认同。据不完全统计，到目前为止，我国采用钢管混凝土建成的拱桥已达200多座，跨径最大的是巫峡长江大桥也已达460m。但必须注意的是，钢管混凝土拱桥对钢管的加工质量
33、、吊装过程中拱肋钢结构的焊接质量要求较高；另外，在污染较严重和拱圈常年被污水浸泡的地方，也不太适用修建钢管混凝土拱桥。 我国在钢管混凝土拱桥的修筑技术上处于世界领先水平。在多年的实践中，设计者们对拱肋截面和结构整体不断进行优化，产生了板拱、肋拱、桁拱、箱拱、桁架拱、刚架拱等许多结构形式;截面形式也有单圆形、哑铃形、哑铃形桁式和箱肋形等；施工方法主要有支架法、一般吊装法、多肢桁式、横缆索吊装法、转体施工法等。在该类桥型的修筑实践中，建设者们积累了丰富的设计和施工经验。 1.3 钢管混凝土拱桥的稳定理论研究现状吴尚杰、杨永清考虑了材料的非线性，韩大建和颜全胜、刘忠考虑了几何非线性对钢管混凝土肋拱进
34、行了侧向稳定性分析。颜全胜、韩大建和骆宁安根据颜全胜提出的UL列式空间薄壁梁单元，考虑初始变位等缺陷的影响，建立了拱桥面内外线性屈曲和非线性稳定的计算方法，并计算了一座下承式钢管混凝土拱桥在施工阶段及成桥后的侧倾稳定，计算结果表明:考虑初始变位和大位移的影响后，采用非线性稳定稳定分析方法得出的失稳荷载比按线性屈曲分析得出的失稳荷载小。对于单肋拱，近似计算公式的结果与非线性稳定和线性屈曲分析结果比较接近；但是考虑吊杆及桥面结构的影响后，近似计算公式的结果不安全。 针对近年来对钢管混凝土拱桥设计产生的需要，国内还有许多学者对其稳定性采用有限元的方法进行了分析研究，例如:何维利用有限元法，考虑了结构
35、的几何非线性，对钢管硅提篮拱桥的横向稳定性进行了分析。王宇将控制位移法用于钢管混凝土拱桥的横向几何非线性有限元稳定性分析。贺拴海和宋一凡针对钢管混凝土的某个截面，分别用容许应力法和极限状态法推导出钢管混凝土构件的极限承载能力，指出以极限状态法所计算的钢管混凝土拱桥承载力比容许应力法计算的要大很多，说明目前在拱桥的验算中以钢管应力控制设计来验算其承载力是偏于保守的。胡大琳和艾夫哈依姆等采用平均轴向应变模型在Lagrange_SR坐标系下建立三维梁单元切线刚度矩阵，对钢管混凝土拱桥进行了几何非线性分析。杨永清引入曲梁单元有限元法，对钢管混凝土肋拱的极限承载力进行了计算，分析中考虑了钢管混凝土非线性
36、本构关系和结构几何非线性影响，并与钢管混凝土X形拱和平行双肋拱模型试验进行了对比分析:同时根据钢管混凝土拱桥设计的需要，提出了合理侧倾角的概念。陈彦江也是引入曲梁单元有限元法，考虑了几何非线性和材料非线性的影响，对钢管混凝土肋拱桥的极限承载力进行了计算，并与依兰牡丹江大桥的模型试验进行对比.陈友杰，则对钢管混凝土肋拱的面内极限承载力进行了全过程的模型试验和双重非线性有限元分析。张建民提出利用样条有限元法来分析拱结构非线性稳定问题，运用拱的挠度理论，推导出考虑结构几何非线性影响的控制微分方程，应用样条有限点法，以三次B样条函数为位移试函数，导出了拱结构非线性分析的新方法。Timoshenko等人
37、也对拱的横向稳定进行了大量的研究，在此不再赘述。 1.4 本文的研究意义与研究内容近年来人们对于大跨径钢管混凝土肋式拱，由于其宽跨比相对较小，相对刚度较弱，在外界因素作用下结构的内力除了轴向力外，弯矩、扭矩所占的比重比较大。因此，对于大跨度钢管混凝上拱桥，研究其稳定性影响因素以及各因素所占比重，确定其极限稳定承载能力，这对工程设计是非常必要而有意义因此解决钢管混凝土拱桥的稳定性技术相关的桥梁的问题到了非常紧迫的时刻，钢管混凝土的紧箍力是使钢管混凝土核心区承载力提高的关键因素，而钢管和混凝土界面间的粘结滑移又是保证钢管混凝土发挥紧箍力的前提，钢管混凝土结构中钢管和核心混凝土之间的自然粘结是保证钢
38、管混凝土结构或构件中钢管与混凝土整体共同工作的基础。正是由于钢管混凝土之间的粘结作用，钢管才能与混凝土共同工作、共同承担荷载，组合成一种真正的“组合”结构。有限单元法的发展和完善，也为各种复杂的钢管混凝土结构分析提供了新的手段，但是也相应提出了一些有待解决的问题，其中之一就是钢管与混凝土的粘结滑移问题。因此对于钢管混凝土结构，尤其是大跨度钢管混凝土拱桥要合理地分析其稳定性计算理论和分析方法，并采用有限元法对复杂结构进行准确的分析计算，就必须对钢管混凝土粘结性能进行深入的研究。因此，钢管混凝土粘结性能研究是钢管混凝土结构理论中和稳定性理论急需解决的基本问题。但是钢管混凝土目前没有或者较少对粘结力
39、在其稳定性的影响的研究，同时两种材料共同发挥作用时研究除受实验设备的影响外，研究人员在进行稳定理论研究方面也要受到材料理论发展的制约。根据各种文献可以看到钢管混凝土作为杆件结构使用时在稳定性方面有较丰富的研究成果，但相对而言对于两种材料共同作用时材料粘结滑移变形研究相对较少，而在实际设计计算时也往往假设无相对滑移，从而可能使其极限承载力相比实际情况有一定的增大，减小了此类桥梁的安全储备。因此研究其粘结滑移在稳定性和承载力方面的影响实属必要，也可以在稳定理论和本构关系理论发展完善方面有一定的意义；同时为今后此类桥梁的设计、施工寻求理论依据，因此这项研究具有重大社会意义和经济价值。基于粘结滑移理论
40、和钢管混凝土拱桥稳定性的研究现状，本课题结合巫山新龙门钢管混凝土拱桥(净跨240m)，在论述现有的拱桥稳定计算理论的基础上， 考虑材料界面粘结滑移对其作稳定性分析。本课题将主要进行以下几个方面的工作：钢管混凝土拱桥的稳定理论滑移理论的研究分析本课题将分别对拱桥的整体屈曲稳定问题进行了讨论。概述两类稳定问题理论的计算分析过程，研究探讨目前钢管混凝土拱桥的稳定理论；并对钢管混凝土粘结滑移理论进一步做详细的阐述。钢管混凝土拱桥稳定的有限元分析将拱肋采用换算截面模型或和添加粘结单元模型更好的模拟钢管和混凝土的相互作用，运用大型有限元软件对桥梁建立三维数值分析模型，得出其整体屈曲荷载和安全稳定性系数，进
41、行整体稳定分析，研究两种材料粘结性对于提高紧箍力和稳定性时发挥的作用。并分析其影响变化的原因。第二章 钢管混凝土力学性能与稳定理论23第二章钢管混凝土力学性能与稳定理论2.1概述 我国自50年代开始对钢管混凝土的基本理论进行了大量的研究，并取得了可喜的成果，大致形成了三个理论体系。近几年相继颁布的三个有关钢管混凝土结构的设计与施工规程，分别与三个理论体系相对应。 中国工程技术标准化协会标准钢管混凝土结构设计与施工规程(CECS28:90)的基本理论依据见蔡绍怀钢管混疑土结构一书.该规程在基本构件中较多地沿用了钢筋混凝土结构设计规范中的公式，主要依据钢管混凝土构件的试验结果，以经验回归公式为主。
42、 国家建材工业局颁布的钢管混凝土结构设计与施工规程（JCJ 01-89)的基木理论依据见蒋家奋、汤关柞的三向应力混凝土一书。该规程在基本构件计算中借用了混凝土结构设计理论的一些公式形式，根据钢管混凝土构件的试验结果和理论分析建立了一套半经验半理论的计算公式和表格。 能源部颁布的钢混凝土组合结构设计规程(DL 5099-97)由能源部电力规划设计管理局批准的火力发电厂主厂房钢混凝土组合结构设计暂行规定(DLGJ 99-91)修订而成，其中包含了钢管混凝土结构的内容.该规程的基本理论依据见钟善桐的钢管混凝土结构一书，该规程所依据的基本理论视钢管混凝土为一种材料，采用统一理论，以建立在试验基础上的理论公式为主，在公式形式方面更多的借鉴了钢结构的设计理论，