大跨连续刚构拱组合桥仿真计算分析

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1、北京交通大学硕士学位论文荷载，亦即都承受轴向力和弯矩，充分发挥被组合的简单体系的特点及组合作用，以达到节省材料和降低对地基的要求的设想。拱式组合体系既具有拱桥的特点又具有梁桥的特点。梁桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构形式，下部结构和基础仅承受向下作用的力。由于外力作用与承重结构的轴线几乎是垂直的。因此，与其它体系相比，对于同样的跨径，在相同的外力作用下，梁内产生的弯矩较大。由于梁式桥桥面平坦，建造架设方便，地基的适应能力强，因此，在中小跨径的桥梁中，梁式桥仍广泛采用。拱式桥主要承重结构是拱圈，这种结构在竖向荷载作用下，使拱圈产生与荷载所引起的破坏

2、效果相反的弯曲作用，由于这种抵抗能力，致使外力对于拱的弯曲破坏作用显然地减小。未加系杆的拱式桥，拱脚具有水平推力，对下部结构和基础引起不利作用，而系杆拱桥通过施加系杆可以平衡水平推力，减弱对下部结构和基础的不利影响。拱桥的最为突出的优点是造型优美，它被比喻为天上的彩虹。正因为如此，在几千年来的桥梁发展中，拱式桥依然充满着旺盛的活力。拱式组合体系桥就是将主要承受压力的拱肋和主要承受弯矩的行车道梁组合起来共同承受荷载，充分发挥梁和拱的特点及组合作用，以达到节省材料和降低对地基的要求的设计构思。1．2拱式组合桥的分类及特点1．2．1无推力的拱式组合体系根据拱肋

3、和系杆(梁)的相对刚度不同，无推力拱式组合体系可划分为柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱、刚性系杆刚性拱三种体系，常称为系杆拱【2】。1)柔性系杆刚性拱柔性系杆刚性拱组合体系是假定系杆和吊杆为柔性杆件，其实际刚度相对于拱肋非常小，严格地讲，只有在拱肋与系杆的刚度比趋于无穷大时才能成立，即若拱肋与系杆采用同种材料时，必须有氏／如≈00，但在实际工程中，系杆作为一种结构总有一定的刚度，根据内力按刚度比分配的原则，系杆也应分到一定的弯矩，此时，就出现了另一种假定，即当Efl，，I胁／E系I系<1／80时，就可以忽略系杆承受弯矩的能力，认为组合体系中的弯矩均由拱肋承

4、受，系杆只承受拉力，不承受压力和弯矩，拱肋按普通拱桥的拱肋一样考虑，为偏心受压构件。又由于系杆为柔性，只受轴力，所以当基础发生不均匀位移时，结构内也不产生附加内力。钢筋混凝土柔性系杆刚性拱组合体系桥梁适用跨径为20～90m。根据河床地质条件也可以布置成悬臂或连续体系，矢跨比一般为l肚l／5。拱肋高度：2引言h=(1／25～l／50)L。柔性系杆刚性拱是无推力组合体系中出现得较早的一种类型，曾得到广泛应用，但在向更大跨径发展和承受更重的荷载时，就必须加大拱肋尺寸，柔性系杆与刚性拱肋的连接部位更趋复杂化。与其他拱式组合体系相比，柔性系杆刚性拱用料多，施工不便

5、，因而在大跨重载条件下较少采用。2)刚性系杆柔性拱刚性系杆柔性拱组合体系中，拱的推力传给刚性系杆承受为外部静定体系。由于体系外形有粗大的系杆和纤细的拱肋，称为兰格尔梁。这种体系拱肋与系杆的刚度比相对小得多，即当E肋I肋／E系I系<1／80时，形成刚劲的系杆和纤柔的拱肋。由于内力按刚度分配，可以认为拱肋中的弯矩远较系杆承受的弯矩小，因而可以忽略拱肋中的弯矩，认为拱肋只承受轴向压力；系杆不仅承受拱的推力，还要承受弯矩，为拉、弯组合的梁式构件。该体系以梁(系杆)为主要承重结构，柔性拱肋对梁进行加劲，所以称为刚性系杆柔性拱。刚性系杆柔性拱由于拱肋尺寸纤细而没有中

6、、下承式拱和柔性系杆刚性拱那样粗大拱肋的沉重压抑感，又由于较大尺寸的刚性系杆使立面形状重心下移而使人产生稳定感和安全感，同时由于在建筑艺术上具有较轻巧美观的造型和施工方便的条件，适用于建造城市桥梁和跨线、跨运河桥梁。刚性系杆柔性拱相当于把桁架弦杆与梁结合起来，组成以梁为受力主体、曲线桁架对梁加劲，梁在两端点简支而在各吊点为弹性支承的组合体系，其跨度远大于简支梁，建筑高度又比同跨度的连续梁高度小得多，实用跨径已超过lOOm。矢跨比常为1／5～1／7，拱肋高度常取为M斜／M噼≈1／1．6～1／6，刚性系杆高度：一般为H=(1／25～1／35)L。根据地形地质

7、条件也可以布置成有短悬臂或连续刚性系杆的梁拱组合体系。由于体系的内力分布较均匀且拱是对梁起加劲作用，刚性系杆与吊杆、横撑可以组成刚度较大的框架，拱肋不会发生面内“S”形变形，故在实用跨度内拱的稳定性有充分保证。3)刚性系杆刚性拱刚性系杆刚性拱的构造和性能特点介于柔性系杆刚性拱和刚性系杆柔性拱之间。当刚度比E肋1肋／E系1系<1／80-80时，系杆和拱肋均有一定的抗弯刚度，荷载引起的弯矩在系杆和拱肋之间按刚度分配，不能略去不计。它们共同承担轴力和弯矩，计算模型不忽略这些因素，故内力计算比较接近真实状况。系杆和拱肋的端部是刚性连接的，体系为外部静定而内部超静

8、定结构，超静定次数为3+n(n为吊杆根数)。由于拱肋和系杆均为刚性，这种组合体系