上承式两铰桁架拱桥的拱轴线计算长度研究

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1、2012年9月第9期城市道桥与防洪科技研究261上承式两铰桁架拱桥的拱轴线计算长度研究赵传亮，谢宝来，李强，乔建刚(天津市市政工程设计研究院．天津市300051)摘要：拱桥的纵向稳定常常采用拱轴线计算长度系数将主拱换算为相当长度的压杆，通过强度校核的形式来控制稳定，但现行规范【3]只给出了裸拱的拱轴线计算长度系数；桁架拱桥的拱上建筑对主拱圈具有明显的约束作用，可以提高稳定性，其拱轴线计算长度系数仍有待于进一步研究。通过对上承式两铰桁架拱桥的稳定性影响因素进行分析比较，并对其拱轴线计算长度系数的数值进行分析，拟合得到了拱轴线计算跃度系数的简化公

2、式，对实际工程具有一定的指导意义。关键词：上承式；两铰桁架拱桥；稳定性：拱轴线计算长度系数中图分类号：u448．22文献标识码：A文章编号：l009—7716(2012)09—0261—04问题等效为相当长度的压杆，其中，压杆的临界压1概述力仍采用欧拉稳定计算公式的形式：拱桥的设计中强度和稳定性往往起到了控制作用，其中强度包括正截面抗弯强度、斜截面抗剪寄强度，而稳定性则包括拱桥的纵向稳定性和横向式(1)中，为拱轴线纵向稳定的临界轴压稳定性。当桥梁宽度小于跨径的1／20时，一般需要力；E为材料的弹性模量；，为主拱截面的惯性矩；验算拱桥的横向稳定

3、性，而大跨径拱桥第一阶失为拱轴线计算长度系数；Z为主拱圈的拱轴线长稳往往是平面外，因此，一般需要验算横向稳定问度。题。纵向稳定性可以通过解析法或有限元法进行则拱轴线计算长度可以表示为：lo=／z·Z(2)计算确定，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)4．3．7条及《公路圬工桥工程中常用的是抛物线形和悬链线形拱轴线，涵设计规范》(JTGD61—2005)5．1．4条给出了无铰圆弧拱在小跨径拱桥中较常见，在大跨度拱桥中拱、两铰拱和三铰拱的拱轴线计算长度，其设计思采用较少。然而，拱轴线的形状对拱桥的稳定影响并不显著

4、，矢跨比和边界条件却是影响拱桥稳定想是将拱圈(肋)换算为相当长度的压杆，按平均的重要因素。拱的失稳形状跟其外部约束及内部轴向力计算，通过强度校核形式来控制稳定，即采约束有很大关系。对称拱桥一般分为对称失稳和用等效梁柱法，将拱等效成梁柱，计算其稳定极限承载力。经过多年的设计施工应用，实践证明这种反对称失稳，直观判断一个拱桥失稳形状的方法为：在拱的对称截面上分别作用一个水平荷载和：疗法是可行的『2J。然而，规范中却并未给出桁架拱竖向荷载，看哪个方向刚度更小，约束更薄弱。若桥的主拱圈拱轴线计算长度，实际应用中，常常采水平方向刚度小，约束薄弱则是反对

5、称失稳；若竖用裸拱的拱轴线计算长度来考虑桁架拱桥的拱轴线计算长度，而上承式桁架拱桥的腹杆对主拱圈向刚度小，约束相对更薄弱则是对称失稳。对于无有相当的约束作用，可以大幅度提高主拱圈的纵铰拱和两铰拱，竖向力作用下拱以轴压为主，刚度向稳定性。因此，采用裸拱的拱轴线计算长度虽然较大，水平力作用下拱呈现出压弯和拉弯趋势，刚度稍小，因此是反对称失稳。对于三铰拱，当矢跨偏保守，但是也很容易造成材料的不必要浪费。本比较大时，与无铰拱和两铰拱类似，为反对称失文利用数值分析对上承式两铰桁架拱桥的拱轴线稳；当矢跨比较小时，竖向荷载作用下为受弯为计算长度进行了分析拟

6、合，同时采用有限元方法主，刚度较小，水平荷载以受压和受拉为主，刚度对其进行验证，其结论对桁架拱桥的设计具有一定的指导意义稍大，因此为对称失稳。随着无铰拱和两铰拱矢跨比的减小，也会出现对称失稳的情况，只不过此时2两铰拱拱轴计算长度系数理论公式的矢跨比十分小，实际工程中很不常见。对圆弧拱桥，其拱轴线计算长度有理论解析表达式。其中，引入拱轴线计算长度思想是将拱的纵向稳定前提假设为拱轴线与压力线重合，并且为等截面，收稿日期：2012—03—19同时采用分支点屈曲理论。通过内力与圆弧的变作者简介：赵传亮(1983一)，男，辽宁人，工程师，从事桥梁结构设

7、计工作。形协调关系可以得到【lJ：262科技研究城市道桥与防洪2012年9月第9期d2v经过计算，在自重作用下，拱圈轴力为：330273kN，：一一(3)屈曲稳定系数为18．783。则：式(3)中，为圆弧径向位移坐标；为圆弧角N~=33O27l8．793=坐标；尺为圆弧半径；为圆弧内弯矩；E为弹性模量；，x为拱截面竖向惯性矩。1T×3．25×10m×10×鲁÷10对于两铰拱，拱截面内力：一(“×109．8)M=N·(4)故=0．53同时，代入边界条件：第一阶失稳模态如图2所示。=0，v=0；及=13{，v--0(O／．为圆弧对应的圆心角)得：

8、g(孚-1)(5)将拱轴线I艋界荷载表达成中心受压直杆的欧图2第一阶失稳模态拉公式：可知，数值计算得出的拱轴线计算长度系数N(6)0为0．53，理论计算结果由表1可