上承式钢筋混凝土拱桥构造研究

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1、第60卷摇第4期铁道标准设计Vol.60摇No.42016年4月RAILWAY摇STANDARD摇DESIGNApr.2016文章编号:10042954(2016)04004003上承式钢筋混凝土拱桥构造研究李摇宇(铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处,天津摇300142)摘摇要:为研究上承式钢筋混凝土拱桥构造对结构受力的影响,利用有限元方法分析某无砟轨道上承式钢筋混凝土拱桥拱肋厚度及腹拱跨度对结构受力的影响。通过计算分析得出采用增加拱肋厚度、减小腹拱跨度的方式,能有效改善局部受力,降低腹拱墩范围的应力水

2、平使结构受力更为合理的结论。关键词:铁路桥;钢筋混凝土;拱桥;应力集中;弹塑性分析;接触单元中图分类号:U451摇摇文献标识码:A摇摇DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.04.010StructuralStudyonReinforcedConcreteDeckArchBridgeLIYu(DepartmentofBridgeEngineeringDesignandResearch,TheThirdRailwaySurveyandDesignInstituteGroupCo

3、rporation,Tianjin300142,China)Abstract:Usingthedatafromadeckarchbridge,thisarticleconductsananalysisoftherelationshipbetweenthethicknessofarchribandthespanofspandrelarch.Theresultsshowthatincreasingthethicknessofthearchribanddecreasingthespanofthespandrel

4、archcaneffectivelyimprovethelocalloadcarryingcapacityandlowerthestresslevelaroundthespandrelarchpier.Keywords:Railwaybridge;Reinforcedconcrete;Archbridge;Stressconcentration;Elasto-plasticanalysis;Contactelement1摇概述无砟轨道上承式钢筋混凝土拱桥计算跨度为72m,矢高14郾4m,矢跨比1/4郾8,

5、拱轴线采用二次抛物线。拱上建筑采用空腹式箱形结构,腹拱采用二次抛物线拱圈,方案见图1。通过建立精细化有限元模型,比较了不同拱肋厚度及不同腹拱跨度对拱桥的受[1]力影响并对结构进行优化。以解决上承式钢筋混图1摇无砟轨道钢筋混凝土拱桥立面(单位:cm)凝土拱桥腹拱处受力复杂,拉应力水平高的设计难点。摇2摇分析模型介绍为解决拱桥实体模型移动荷载施加困难,计算代[3]价大的问题。首先建立Midas板-梁简化模型(图2)施加列车荷载,并使用“移动荷载追踪器冶找到分图2摇钢筋混凝土拱桥Midas板-梁模型[2]摇析处

6、最不利的加载位置。再依据记录的动荷载最上承式拱桥腹拱墩处于高应力水平,局部混凝土不利位置,按照静力方式在实体模型相应位置加载。可能进入塑性。利用Ansys模型中的Solid65单元支收稿日期:20150506;修回日期:20151208持通用的屈服准则-VonMises屈服准则[3]和同心强作者简介:李摇宇(1985—),男,工程师,2010年毕业于哈尔滨工业大学桥梁工程专业,工学硕士,E鄄mail:267311506@qq.com。化与随动强化准则。通过自定义多线性应力-应变曲第4期李摇宇—上承式钢筋混

7、凝土拱桥构造研究41线,运用多线性随动强化(MKIN)和多线性等向强化[5](MISO)模拟强化效应,可对腹拱墩区域进行弹塑[4]性分析。Ansys有限元模型采用Solid65单元模拟,见图3,同时为避免桥面板处单元划分时出现由于厚度过小引起的实体单元畸形,桥面板采用Shell63单元模拟。这两种不同单元的接触状态采用由“目标面冶和“接触面冶组成的面面接触方式模拟。本模型中“目标面冶为实体单元表面,采用Targel170单元模拟;“接图5摇腹拱底面E处主应力(拉正、压负)触面冶为壳单元,采用Contal1

8、75单元模拟。摇图3摇钢筋混凝土拱桥双腹拱方案ANSYS模型摇对于实体模型混凝土结果的弹塑性分析,应采用[6][7]三轴强度准判断。但是考虑到规范采用混凝土单轴抗压、抗拉强度统计平均值(滓、滓)进行判断,btp-1图6摇腹拱墩上部C处主应力(拉正、压负)因此,也采用单轴强度作为判断准则。摇3摇拱肋厚度对腹拱应力的影响拱肋是拱桥的主要承重构件,本桥拱肋采用构造[7]简单、施工方便的矩形截面。初步拟定双腹拱方案腹拱跨径为2伊11m