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火灾高温下钢管混凝土拱结构承载能力分析

摘要

钢管混凝土拱结构以其跨越能力强、承载力高、结构轻盈美观和制作施工方便等

优点，在国内外土木工程、水利工程、机械工程和航天工程等领域得到了广泛的应用。

在火灾中钢管混凝土拱结构会发生结构承载能力下降甚至丧失承载力而导致结构破坏，

从而造成不可估量的后果。本文以拱脚两端分别为固接约束和铰接约束的不同矢跨比

和不同钢管厚度的钢管混凝土拱为研究对象，对其在火灾高温下的承载力变化开展理

论和数值模拟分析。

（1）总结和归纳国内外火灾高温下钢管混凝土结构的各类文献资料，为后续火灾

高温下钢管混凝土拱结构的承载力分析提供参数依据。

（2）基于能量法基本原理，建立平面内发生正对称屈曲和反对称屈曲的均匀火灾

高温下钢管混凝土拱结构非线性平衡方程和屈曲方程，求解其在均匀火灾高温下的屈

曲荷载、结构内力和挠度的计算表达式，并基于数值模拟结果和相关文献数据的对比

分析，验证本文给出的理论表达式的合理性。

（3）分析了均匀火灾高温下钢管混凝土拱结构发生平面内反对称屈曲时其屈曲荷

载、跨中挠度和内力的变化，探讨了不同矢跨比和不同钢管厚度对结构屈曲荷载、跨

中挠度和内力的影响。

（4）采用ABAQUS有限元软件对均匀火灾高温下钢管混凝土拱结构承载能力进

行了模拟分析，并将理论计算结果与有限元模拟结果以及相关文献数据进行了对比，

验证了本文有限元模型和理论分析的合理性。

关键词：火灾高温；钢管混凝土拱；屈曲荷载；挠度；内力

I

火灾高温下钢管混凝土拱结构承载能力分析

Abstract

Thesteeltubeconcretearchstructurehastheadvantagesofstrongcrossingcapacity,high

bearingcapacity,lightweightandbeautifulstructure,andconvenientproductionand

construction,theyhavebeenwidelyappliedinfieldssuchascivilengineering,water

conservancyengineering,mechanicalengineering,andaerospaceengineeringboth

domesticallyandinternationally.

Inafire,thesteeltubeconcretearchstructuremayexperienceadecreaseorevenlossof

bearingcapacity,leadingtostructuraldamage,resultinginincalculableconsequences.This

articlefocusesonsteeltubeconcretearcheswithdifferentrisespanratiosanddifferentsteel

tubethicknesses,withfixedandhingedconstraintsatbothendsofthearchfoot，conduct

theoreticalandnumericalsimulationanalysisonthechangesinbearingcapacityunderfire

temperatures.

(1)Summarizeandinductionvariousliteraturematerialsonsteeltubeconcretestructures

underhightemperaturesfire