大跨度中承式钢箱拱桥稳定性分析

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1、大跨度中承式钢箱拱桥稳定性分析：本文以某主跨度为(3010030)m的中承式钢箱拱桥为工程背景，介绍了稳定分析理论，并进行了对比。采用有限元程序MIDASCIVIL通过分析，说明了在实际工程中，非线性因素对于稳定分析的影响是很大的。并且探讨了斜靠拱对稳定性的影响。　　关键词：中承式钢箱拱桥线弹性稳定分析非线性稳定分析MIDASCIVI程序　　Abstract:Inthispaper,amainspanof(3010030)mhalf-throughsteelboxarchbridgeistakedas　　Theengineeringbackg

2、round.Describesthestabilityanalysistheory,andhascarriedonthecontrast.UsingthefiniteelementprogramMIDASCIVIL,analysissho100m30m）中承式系杆拱桥，设计行车速度为60km/h，双向六车道，公路Ⅰ级荷载，桥面宽度为5.5m（人行道及非机动车道）12m（车行道）0.5m（防撞墙）2.0m（中央分隔带）0.5m（防撞墙）12m（车行道）2.5m（人行道及非机动车道）＝38m，主拱失跨比f/l=1:4，斜靠拱与主拱之间夹角为21°

3、，边拱采用半径为60m的圆曲线。横断面采用两正两斜四榀拱肋组成，中间平行拱为主拱，两侧各布置一倾斜拱肋，拱肋采用钢箱截面，纵横梁均采用工字钢。　　3.2空间有限元模型　　采用MIDASCIVIL对该主桥建立有限元计算模型，对其成桥状态进行了特征值稳定性分析。主拱肋、肋间横撑以及各种加劲采用空间梁单元模拟，桥面系结构亦采用空间梁单元模拟，吊杆采用桁架单元模拟，桥面铺装、人行道和栏杆等采用等效荷载代替。结构离散后全桥共3954个，桁架单元30个，节点3086个，计算模型如图3.3所示。　　　　图3.1计算模型　　3.3线弹性稳定性分析　　首先对大

4、桥进行线性稳定分析，根据线性屈曲理论，研究大桥在成桥后运营阶段在恒载、活载共同作用下的稳定性分析。计算考虑以下三种荷载工况：工况1，以自重二期恒载为变量；工况2，以恒荷载全桥满布活荷载为变量；工况3，以恒荷载全桥半跨满布活荷载为变量；工况4，以恒荷载1/2桥面满布活荷载为变量。各个荷载工况下大桥的一阶失稳特征值如下表所示：　　表3.1　　　　　　根据表3.1和图3.4,可知各个工况一阶失稳模态均为面外正对称失稳，工况2、3、4均比工况1中稳定系数减小，分别为11%、12%和3.3%。由此可见，对本桥在成桥阶段的稳定性起主要决定作用的的是恒荷载

5、，活荷载对全桥的稳定性影响不大。　　3.4几何非线性稳定性分析　　根据非线性屈曲理论计算的上述4种工况下结构几何非线性稳定系数分别为：9.573、9.113、8.967、9.653，失稳模态均为面外正对称。与表3.1对比可知，考虑几何非线性后，结构的一阶稳定系数相比线弹性条件下的一阶稳定系数明显减小，由此可见几何非线性对结构稳定性的影响不应忽略。　　3.5斜靠拱对稳定性能的影响　　本桥拱肋为竖直主拱斜靠拱形式，当去掉斜靠拱之后各个荷载工况下大桥的一阶失稳特征值如下表：　　表3.2　　　　根据表3.2和图3.2,可知在去掉斜靠拱情况下各个工况一

6、阶失稳模态同样均为面外正对称失稳，各个工况均比表3.1中稳定系数减小，分别为24.8%、19.4%、21.3%和22.9%。由此可见，斜靠拱能够对本桥成桥阶段的稳定性起到明显作用。　　四．结论　　（1）恒荷载在成桥阶段稳定性分析中起主导作用，活荷载影响相对较小；　　（2）几何非线性对结构稳定影响显著，在进行稳定计算时不应忽略；　　（3）对桥面宽度较大的中承式钢箱拱桥，斜靠拱对于增加整桥的稳定性效果明显；