跨汉江330m钢管混凝土劲性骨架箱形拱桥非线性分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com42桥梁结构城市道桥与防洪2011年3月第3期跨汉江330m钢管混凝土劲陛骨架箱形拱桥非线性分析孙虎平(西安市政设计研究院有限公司，陕西西安710068)摘要：该文结合工程实例，对上承式钢管混凝土劲性骨架箱形拱桥施工和运营阶段的几何非线性与稳定性作了分析，比较了线性与非线性计算结果，探讨了影响该桥整体稳定安全系数的因素。关键词：拱桥；几何非线性；稳定性；分析中图分类号：U448．22．3文献标识码：A文章编号：1009—7716(2011)03—0042—03几何非线性的基本特征是平衡方程必须相对0前言于变

2、形后的几何位置写出，而变形后的位置预先钢管混凝土是由钢和混凝土组合而成的一种并不知道。这意味着在外力{F}和位移(dl之间的线新型材料，因钢管的套箍作用而提高了管内混凝性关系({F}=[K]{d})不再能适用。即使构件在满足土的承载能力，由于其承载力高、延性好、施工方虎克定律的情况下，由于挠度的存在，应变一位移便等优点，而在建筑工程、地铁车站工程以及大跨方程内含有非线性项，导致叠加原理不能直接适度桥梁工程中得到广泛应用。钢管混凝土拱桥在．用，这些项在计算刚度矩阵时必须计入，应对其刚我国发展很快，自1990年以来，已相继建成了度矩阵进行适当修正

3、．这时，结构的总刚度矩阵100多座钢管混凝土拱桥及钢管混凝土劲性骨架[K]为弹性刚度矩阵[Ko]和几何刚度矩阵[Ka】之箱形拱桥，其中跨度在100131以上的就有30多和。由于【Ka】的存在，结构的平衡方程座，建成的钢管混凝土拱桥如四川巫山长江大桥[K】{d)={F)(1)跨径达460Ill，钢管混凝土劲性骨架箱形拱桥如成为非线性方程。四川I万县长江大桥跨径达420m。求解非线性问题的方法很多，但最基本的构钢管混凝土的应用，使得拱桥的跨径迅速增思是按一系列的线性段来求解，因为这样做的好大，跨越能力提高。随着跨径的增大，拱的刚度随处是不要求大量

4、修改适用于线性假定的求解技之减小，拱的稳定性问题非常突出，在有些情况术。迭代方法已大量地应用于求解非线性问题。牛下，甚至决定了整座桥的设计与施工。对于大跨度顿一拉菲逊(Newton—Raphson)方法由于计及一阶钢管混凝土劲性骨架箱形拱桥的设计来说，保证导数的值，故收敛较快，能适用于高度非线问题。其整体稳定性是十分关键的问题。但由于该方法的每次迭代都要重新组成新的切线内力和位移特征是衡量桥梁结构性能的一个刚度矩阵，故计算费用较大。而这一缺点可以由修重要标志。因此，静力分析在桥梁的设计计算中是正的牛顿一拉菲逊方法来弥补。该方法在全部迭必不可少

5、的工作。在一般桥梁的设计计算中，采用代中利用切线刚度矩阵[K】，只是每次修正不平线性理论是完全可以的。然而，对于大跨度钢管混衡力。本文采用增量法和修正的牛顿一拉菲逊方凝土劲性骨架箱形拱桥来说，线性计算的结果是法相结合的混合法。将每一施工步骤作为一次增否能满足精度要求，还不能预先得出结论。因此，量荷载，在该荷载增量内再进行迭代计算直至达非线性问题在大跨度钢管混凝土劲性骨架箱形拱到收敛精度。桥的结构分析中是一个有待解决的问题。2稳定性分析方法1非线性分析方法目前的稳定性分析有两种类型，一种是基于线性分析的理论和方法是结构分析的基础．弹性特征值的稳

6、定性分析，一种是基于非线性理以矩阵位移法为基本方法的有限元法，其实质是论的稳定性分析。特征值稳定性分析是用来分析通过建立并求解结构平衡方程组，以获得对结构预测一个理想弹性结构的理论屈曲载荷，非线性的解。稳定性分析是采用一种逐渐增加载荷的非线性静力问题来分析结构开始变得不稳定的临界载荷。收稿日期：2010～09—06本文基于特征值稳定性分析，采用子空间迭代法作者简介：孙虎平(1966一)，男，甘肃甘谷人，高级工程师，从事桥梁设计工作。求解，可以同时得到若干组特征值和特征向量。虽学兔兔www.xuetutu.com2011年3月第3期城市道桥与防

7、洪桥梁结构43然对于稳定问题，最关心的是临界荷载值及第一跨上承式钢管混凝土劲性骨架箱形拱桥(见图1)，屈曲模态，然而当第一特征值与第二特征值较接截面型式为单箱三室(见图2)，截面高为6．0In、近时，同时求出第二屈曲模态对稳定设防也具有宽为17．6m，净跨径为330ITI，矢跨比为fo／Lo=l／5．5，参考意义。拱轴线型为悬链线，拱轴系数m=1．588。车辆荷载2．1特征值稳定性分析等级为公路一I级，桥梁宽度为双向四车道总宽结构的平衡方程为24．5m。主桥下部采用大开挖明挖基础。([Kol+[Ka]){d}：{F)(2)钢管劲性骨架高5．4

8、51TI、宽16．8m，拱圈劲性由上式可得骨架由五桁片组成，每桁片的上下弦采用直径{d)=(【K0】+[Ka】){F}(3)426mm、壁厚16mm的钢管，腹杆和桁