跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）

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1、128m跨度系杆拱桥的分析研究陶晓燕铁道科学研究院主要内容一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状二、128m系杆拱桥的整体受力分析三、六种拱脚构造细节方案的应力分析四、结论一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状系杆拱桥起源于19世纪末的欧洲,它是由拱、系杆、吊杆和桥面系梁板等协同工作的结构体系，拱的推力由系杆（或系梁）承受而不传给墩台，所以它能象简支梁一样不受地基不均匀沉陷的影响，可以适用于地质条件较差的情况。一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状分类一：系杆拱根据拱肋与系杆的刚度比分为三种结构形式。1）当系杆与拱肋刚度比小于1/

2、80时，系杆可视为只承受轴向力,不承受弯矩，称之为柔性系杆刚性拱；2）当系杆与拱肋刚度的比值大于80时，拱肋可视为只承受轴向力，不承受弯矩，称之为刚性系杆柔性拱；3）介于以上两者之间则称之为刚性系杆刚性拱。一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状分类二：依据吊杆按其在拱平面内的布置形式不同，可分为竖吊杆、斜吊杆、网状吊杆。三种吊杆布置形式对拱肋及系梁的轴向压力没有显著影响，但对它们的弯矩影响较大。1）对拱肋弯矩的影响从大到小依次为：斜吊杆、竖吊杆、网状吊杆2）对系梁弯矩的影响从大到小依次为：竖吊杆、斜吊杆、网状吊杆。3）竖吊杆结构的吊杆

3、内力影响线均为拉应力，斜吊杆和网状吊杆内力影响线则有正有负，所以斜吊杆和网状吊杆的疲劳应力幅比竖吊杆要大一些。一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状我国从1990年在四川省旺苍县建成我国第一座大跨度钢管混凝土拱桥以来，已建和在建的钢管混凝土系杆拱桥已近百余座。一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状表1我国主要大跨度系杆拱桥桥名跨度(m)概述地点建成年代九江长江大桥180＋216＋180双层公铁两用，主桥三跨连续系杆拱，栓焊钢桁梁江西九江1992三山西大桥45＋200＋45三跨中承自锚式，4Φ750mm广东南海1995绵阳涪江三桥46

4、＋202＋46三跨中承自锚式，4Φ750mm四川绵阳1997天津彩虹桥3×160下承式钢管混凝土拱，2Φ500mm×16mm天津1998深圳市芙蓉大桥55＋80＋55三跨连续下承式有风撑钢管混凝土杆拱结构深圳2000广州丫髻沙桥360自锚式系杆拱，转体施工广东广州2001武汉江汉五桥240中承式钢管混凝土系杆拱桥湖北武汉2001一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状京杭运河特大桥235三跨自锚中承式空间曲线钢管混凝土拱，4Φ850mm江苏2002上海卢浦桥550中承式钢拱桥结构，主干线为双向六车道上海2003东莞水道特大桥50＋280

5、＋50三跨连续自锚中承式钢管混凝土拱桥4Φ1000mm东莞2003嵊州大桥2×136刚性系梁钢管拱桥嵊州2003钟宅湾大桥58＋208＋58三跨钢箱拱中承式提篮拱桥厦门2004钱江四桥2×190＋9×85大小拱结合，双层多拱组合连跨的拱桥钱塘江2004无锡市新下甸桥225哑铃型侧倾提篮拱桥无锡市2004重庆菜园坝长江大桥80＋102＋420＋102＋80钢构与提篮式钢箱系杆拱、钢桁梁的组合结构半漂浮体系，以钢绞线作为系杆重庆建设中二、128m系杆拱桥的整体受力分析该128m系杆拱桥的梁部拱肋轴线采用二次抛物线，以拱顶为坐标原点，其方程为

6、y=3x2/512，矢高为f=24m，矢跨比为1/5.33。两片拱肋中心距为16.0m，吊杆间距为10+12×9+10m，每侧共设13根吊杆，拱肋设7根横撑。两系梁内侧由29根横梁、4根纵梁及钢筋混凝土板组成桥面系，具体形式见图1。图1128m系杆拱桥的MIDAS模型二、128m系杆拱桥的整体受力分析表2动力特性计算结果NO振型主要特性自振频率（Hz）自振周期（s）自振圆频率（r/s）1主桁横弯0.9761.0256.1292主桁竖向一阶1.1470.8727.2033主桁扭转1.7630.56711.072二、128m系杆拱桥的整体受

7、力分析第一阶振型二、128m系杆拱桥的整体受力分析第二阶振型二、128m系杆拱桥的整体受力分析第三阶振型二、128m系杆拱桥的整体受力分析计算表明：1、拱肋的撑杆和下平联斜撑所受竖向荷载的应力较小，但其对全桥横向刚度值影响很大。占总用钢量2.1%的下平联斜撑对横向自振频率的贡献约34％，占总用钢量0.3%的拱肋斜撑的贡献约7％。2、该系杆拱桥系梁的最大挠度为5.38cm，挠跨比为1/2379，满足《京沪高速铁路设计暂行规定》中竖向挠度不应大于的限值。三、六种拱脚构造细节方案的应力分析方案四方案五方案六第一种方案为分块方案，即上下两部分分

8、别制造，现场采用高强度螺栓实现连接；第二种方案为整体方案，内角采用圆弧过渡，拱肋下翼缘板斜向延长，在系梁中间位置改变方向，延伸至端部；第三种方案是在第二种方案的基础上，将主梁的上翼缘板延伸至梁端，拱肋下翼缘