下承式钢管砼刚架系杆拱桥设计浅析

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1、2013年第4期西南公路XINANGONGLU下承式钢管砼刚架系杆拱桥设计浅析宋松科刘泉石恒俊(四川省交通运输厅交通勘察设计研究院四川成都610017)【摘要】简要介绍钢管混凝土拱桥的发展和基本理论，论述下承式刚架系杆拱桥设计的关键工序和主要部件的设计思路，并讨论了科学合理、可操作性强的各主要构件的设计方法。【关键词】钢管混凝土；刚架系杆拱桥【中图分类号】U442．5【文献标识码】A类似梁桥，但节点处理和拉杆张拉调整困难，支座IJ弓I舌构造复杂，施工须采用少数支架或整片浮运。钢管混凝土结构形式丰富多样，当前随着我国l系杆拱桥的受力特点经济的快速

2、发展，钢结构制造水平的提高，其在我国下承式柔性系杆拱是组合体系桥的一种，由拱得到越来越广泛的应用，以支承形式可以划分为：上承式、中承式和下承式。系杆拱桥通过在系梁内施加肋、系杆和桥面梁组成，拱肋下设置吊杆，桥面板通过吊杆横梁将桥面系的荷载传递至拱肋，拱肋主预应力，抵消拱肋推力，使桥墩(台)无需承受推力，可以象连续梁一般修建桥墩(台)，完美地解决要承受轴向压力，拱肋一般是钢筋砼或钢管拱，系了平原地区拱桥出现的问题。特别是在一些地区由于杆承受由拱肋传来的水平推力，由于系杆的存在，建筑高度、地形及地质条件的限制下，梁桥无法修建因此下承式柔性系杆拱能达

3、到较大的跨径(当前最的情况，这时下承式系杆拱桥以其无推力或少推力结大跨径已达280m)，属多跨弹性支承梁体系。系杆构、跨越能力大、建筑高度小、造价相对低等优势就拱桥作为拱桥家族中的一员，具有拱桥的一般特征，极大的体现了出来。系杆拱除在美观上胜于普通梁桥又有自身的独有特点。它是一种集拱与梁的优点于一外，造价上也有较大优势。系杆拱主梁建筑高度可通身的桥型，它将拱与梁两种基本结构形式组合在一过吊杆的问距进行调整，在满足通航要求前提下，可起，共同承受荷载。主要受力形式(见图1)。最大限度降低桥面标高，缩短引桥长度，节省工程造价。根据桥面宽度不同，拱肋可

4、布单，双，三肋甚至四肋。施工主要采用先拱后梁的方法。下承式系杆拱桥根据上下部结构的联接方式，单跨式双跨式又可分为两种。一种是上下部间刚接，系杆不参与拱肋拱肋桥面系的受力，为纯拉杆，称之为刚架系杆拱；另一种是上部结构简支于墩台上，系杆即纵梁，属拉弯结构，因而是一种拱梁组合体系。第一种方式由多跨式于拱墩固结，可象一般固定无铰拱一样采用无支架图1各种跨式的系杆拱示意图施工，且横向稳定性也较好，但属于高次超静定结2拱轴系数及矢跨比的选取构，活载内力和次内力对下部结构影响较大，目前采用刚架系杆拱的情况较多。第二种方式结构受力拱轴线是拱圈截面形心的连线，根

5、据各种荷载明确，为外部静定、内部超静定的结构，下部结构情况而定，主要有圆弧形、椭圆形、抛物线形和悬40宋松科，刘泉，石恒俊：下承式钢管砼刚架系杆拱桥设计浅析链线形⋯。后因其弹性压缩、温度变化、砼收缩、墩台位移等原下承式柔性系杆拱桥作为拱桥的一种形式，其因都会在拱圈内产生附加内力，而且矢跨比越小，附拱肋受力也与拱桥同理，其最理想的拱轴线是和荷加应力越大，对主拱圈就越不利。因此在设计时，载的压力线相重合，这样使得拱圈仅有轴力而弯矩矢跨比的大小应经过综合比较进行合理选择。对于下为零。但这在实际工程中是不好控制的，除了恒载承式刚架系杆拱桥来说，矢跨比可

6、选为1／4—1／6。之外还有活载、温度、拱轴的弹性压缩等的影响存图2、图3是某128m跨径拱桥当矢跨比由1／5．0在，总会在截面上产生弯矩，不存在理想合理拱轴变化至1／6．0的过程中，系杆拱拱肋关键截面轴力和弯线。因此在设计拱桥时，选择拱轴线的原则是尽量矩变化隋况、跨中挠度和整体稳定系数的变化情况。在最不利恒载作用下(成桥状态)，拱圈弯矩接近零(或最小)，至于以后的活载作用，就靠在确定的拱轴线基础上进行加强设计。·钢管砼下承式系杆拱桥由于桥道系重量通过均j∥／匀分布的吊杆传递给拱肋，拱肋承受沿跨径方向近似均布的荷载，根据拱桥理论，其拱轴线的选择

7、应该是一条悬链线或者抛物线，因此在实际工程中也。L一一一一般采用抛物线或者拱轴系数较低的悬链线。拱圈1／52I／541／561／5．81／6丑静矢跨比若采用抛物线，则拱的受力均匀但拱脚的恒载负弯5432l0轴力比值随矢跨比变化图矩偏大，这在小跨径的情况下可通过设计上的一些措施进行解决，但对于大跨拱桥来说负弯矩过大将导致拱脚较难处理；拱圈采用悬链线则随着拱轴系数m的增大，拱脚负弯矩减小，但拱顶正弯矩增大。且拱肋受力不均。因此对于中小跨径(1OOm左右)的下承式柔性系杆拱桥一般采用二次抛物线，而大跨的一般采用悬链线。抛物线方程为：1／51／521／

8、541／5．61／581／6矢跨比Y=f(1-,／1一髻)图3弯矩比值随矢跨比变化图悬链线方程为：表1矢跨比变化情况下跨中挠度和稳定系数变化表Y=士(