系杆拱桥钢管混凝土拱局部分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com2010年第3期广东公路交通GuangDongGongLuJiaoTong总第112期文章编号：1671—7619(2010)03—0046—04系杆拱桥钢管混凝土拱局部分析王冲，徐扬，孙海涛(1．上海市政工程设计研究总院，上海200092；2．西南交通大学土木工程学院，成都610031)摘要：采用ANSYSII．0和MIDAS／CIVILV7．4．I，建立了一个整体模型和三个局部模型，对一下承式单索面钢箱叠合梁钢管砼系杆拱桥的钢管混凝土拱进行了局部分析。对比研究了主拱斜撑的两种截面型式对其

2、内力的影响，重点关心在最不利荷载工况下主拱钢管和斜撑钢管的应力大小。计算结果表明：钢管混凝土拱设计合理可靠，为相似结构的设计与施工提供参考。关键词：系杆拱桥；钢管混凝土拱；斜撑中图分类号：U448．225文献标识码：BO概述计时最终分别采用方型和工字型钢管截面型式，某大桥主桥为下承式单索面钢箱叠合梁钢管截面尺寸分别为600mm×600mm和300mm×砼系杆拱桥，跨径布置为138m+138m=276m，桥600mm，壁厚均为20mm。主梁采用整体箱型叠合宽29．5m。主跨拱肋是通过横撑、斜撑和三根钢管梁，梁高3．5m，梁宽29

3、．5m。吊杆采用单索面布组成的组合式拱圈，钢管内填充C50微膨胀混凝置，低应力防腐索体，吊杆材料为高强平行钢丝土，三根钢管均为二次抛物线线形，主拱直径1．8索。系杆采用高强平行钢丝拉索。主桥中墩处设m，位于竖直平面内，矢跨比为1／4．44；两根副拱直置纵向固定支座，边墩处设置纵向滑动支座。主径1．4m，其拱轴线平面与竖直平面的夹角为桥中墩及边墩基础采用直径280em～230em的钻5．296。，副拱平面内矢跨比为1／4。跨中处中心线孔灌注桩。全桥效果如图l所示，梁单元模型如横桥向水平距离7．5m，竖向距离6．Om。横撑及斜图2

4、所示，建立梁单元模型的主要目的是为局部撑初步设计时采用空心圆钢管截面型式，施工设模型提供外部荷载。图2系杆拱桥MIDAS梁单元模型图1系杆拱桥效果图用来模拟主拱和副拱钢管中的混凝土，板单元用1模型I概况来模拟主拱和副拱钢管以及斜撑和横撑。建模模型I采用有限元软件ANSYS11．0，主要模时关键问题是要保证钢管板单元和与钢管壁接拟钢管混凝土拱在最不利荷载组合(恒载+汽车触的混凝土实体单元共用节点，以此来模拟钢管+温度+风载(有车)+制动力)下局部应力的大混凝土共同工作。考虑到模型边界条件施加的小和分布情况。拱桥为对称结构，因此选

5、择了半方便和准确，其余部分均采用空间梁单元跨拱桥进行建模分析，其中又选择了五个节段(Beam188)进行模拟，Beam188可以模拟混凝土(图3中⑤、⑥、⑦、⑧、⑨节段)采用实体单元和钢管两种材料。梁单元和实体及板单元采用(Solid45)和板单元(ShelM3)进行模拟，实体单元主从节点连接，其中梁单元节点为主节点，实体·46·学兔兔www.xuetutu.com2010年第3期王冲，徐扬，孙海涛系杆拱桥钢管混凝土拱局部分析总第112期和板单元为从节点。模型I共用节点47753个，性模量为2．1×10nPa，泊松比为0．3，

6、密度为78．5共用单元193481个。kN／m。模型II和III的材料特性同模型I。1／2模型I材料特性如下：混凝土弹性模量为3．45主拱肋立面图和有限元模型I加载图分别如图3×10加Pa，泊松比为0．2，密度为25．5kN／m；钢弹和图4所示。2圭tl￡h瑚”。。”’疆一『、lT}．!]图31／2主拱肋立面图(单位：nlln)图4有限兀模型I图1．1模型I边界条件和外部荷载中力的大小是由MIDAS梁单元模型在最不利荷载模型I在拱脚处约束梁单元端部节点的全部组合：恒载+汽车+温度+风载(有车)+制动力六个自由度，在跨中处放松梁

7、单元端部节点的竖的情况下算出的吊杆最大拉力，方向竖直向下。向平动自由度，约束其余五个自由度。外部荷载计算时考虑了自重的影响。为每个吊杆位置处施加3600kN大小的集中力，集1．2模型I应力结果图5模型Imises应力(单位：Pa)图6模型I实体段raises应力(单位：Pa)图7模型I斜撑mises应力(单位：Pa)图8模型I横撑nfises应力(单位：Pa)图9模型I主拱钢管rrfises应力(单位：Pa)图10模型I副拱钢管mises应力(单位：Pa)由图5一图1O可知，在最不利组合工况下，模2模型II概况型I斜撑最大mi

8、ses应力为71．5MPa，位置在最短由模型I的计算结果可知，如图3所示，斜撑斜撑与副拱钢管交界处；横撑最大mises应力为的最大mises应力位置均位于⑤号节段，因此为17．6MPa；主拱钢管最大mises应力为85．2MPa，位了进一步研究在最不利情况，即主拱钢管与混凝置