大跨径钢管混凝土拱桥的稳定性研究

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1、铁道建筑2013年第7期RailwayEngineering19文章编号：1003-1995(2013)07．001904大跨径钢管混凝土拱桥的稳定性研究杜建鑫，李自林，李欢(1．天津市海河建设发展投资有限公司，天津300380；2．天津城市建设学院，天津300384)摘要：以一大跨度中承式钢管混凝土拱桥——千岛湖南浦大桥为依托工程，利用大型通用有限元软件MIDAS建立了其有限元计算模型，对该桥成桥后在恒载作用下的稳定性进行了研究，首先通过线弹性屈曲分析，得到在恒栽作用下前十阶的稳定安全系数和失稳模态形式，而后考虑了几何非线性对稳定性的影响，并通过比较得到几何非线性对该桥稳定

2、性的影响比较小的结论。关键词：稳定性分析拱桥有限元计算稳定安全系数模态图中图分类号：U448．22；U441文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003．1995．2013．07．07钢管混凝土拱桥是近年来发展很迅速的一种桥型，应用前景非常好。这是因为钢管混凝土拱桥有很1稳定性问题的相关理论多优点，比如它具有很好的塑性和韧性，承载能力相比结构构件的失稳通常是指结构构件由于构件本身其他桥型高很多，跨径也可以增大许多；除此以外，其的缺陷、突然的振动、或者偏心受力等，当其所受到的经济效应好，施工也很方便等等。但是钢管混凝土拱力增大到一定大小时，结构会产生一个明显的位

3、移桥在我国起步比较晚，还是一种比较新的桥型，在很多(该位移一般与荷载方向正交)，表明该结构已经在慢方面的研究(无论是理论基础还是实践)都还是不足慢失去原来的平衡状态而进入临界状态，此时如果该的。最突出的就是失稳问题，而且随着跨径的不断增结构再受到干扰，则该位移变形将会急剧增大，直接后大，稳定问题越来越明显，这就给桥梁设计师们带来了果就是该结构构件进入失稳状态不能正常工作。根据更多困难。因此，需要在这方面做更多的研究，从而促结构失稳的性质来划分，稳定性问题主要包括第一类进我国钢管混凝土拱桥的迅速发展。失稳(线弹性屈曲分析)和第二类失稳(非线性弹塑性屈曲分析)。1．1线弹性屈曲分

4、析在分析第一类失稳问题时，是不考虑各种初始缺收稿日期：2013．O1-04；修回日期：2013—03—20基金项目：天津市自然科学基金项目(13JcYBJc19600)；住房和城乡建陷对结构的影响的，而是假设材料都是理想的，且假设设部研究开发项目(2012一K4—28)；国家自然科学基金项目桥梁是产生弹性小变形的，它所受的外荷载和内力也(51208337)是成对应比例关系的。这个时候将其之间的关系可以作者简介：杜建鑫(1981一)，男，天津市人，工程师。通过一个数学式子(关于特征值的)表达出来，如公式不考虑几何非线性可能会夸大曲线梁段引起的扭转振[J]．铁道建筑，2010(2

5、)：14—17．动，使得计算结果失真。[5]王克海．桥梁抗震研究[M]．北京：中国铁道出版社，2007．[6]巴特KJ，威尔逊EIJ_有限元分析中的数值方法[M]．北参考文献京：科学出版社，1985．[7]占玉林，赵人达，徐腾飞，等．钢管混凝土组合格构柱高墩大[1]李睿，董明．考虑P一△效应的高墩抗震计算[J]．云南工业跨连续刚构桥非线性研究[J]．四川建筑科学研究，2009，35大学学报，1999，15(1)：61—67．(6)：38—41．[2]程翔云．变截面高墩几何非线性的数值法分析[J]．公路，[8]郭毅，文华斌，占玉林．钢管混凝土组合格构柱高墩大跨连1996(6)：

6、1—4．续刚构桥动力特性分析[J]．四川建筑科学研究，2012，38(2)：[3]武文芳，赵雷．大跨度斜拉桥地震响应非线性时程分析[J]．27—31．世界地震工程，2009，25(4)：18—24．(责任审编孟庆伶)[4]徐扬，王冲，周凌远．大跨高墩连续刚构桥地震响应分析20铁道建筑(1)所示，求出该式的所有特征值，其中最小的那个就根据平面杆系有限元程序静力计算结果和空间是该结构失稳时的临界荷载⋯。静、动力计算结果，千岛湖南浦大桥主拱肋采用四肢桁[]+A。[K]=0(1)式结构，如图2所示。该桥的拱肋设计成悬链线形式，且轴线系数是1．167，拱肋的桁高5200mm，桁宽式中：

7、[]为结构的线性刚度矩阵；[]为结构的几2550mill，两拱肋的外间距为15550mm。拱肋的四何刚度矩阵；A为特征值。肢弦杆都采用4,8501Tim，厚度12mm钢管。在4根弦上面所说的线弹性屈曲分析仅仅只是对于理想受杆之间还设置了与弦杆正交的直腹杆和斜腹杆，且在压直杆而言的。直腹杆处安装剪刀撑，四肢弦杆内填充C50混凝土。1．2几何非线性屈曲分析拱肋之间布置了13道双“K”字钢管横撑，拱顶处设置在工程实践当中，一般不存在第一类失稳(线弹1道，剩下的12道在两边对称布置，水平间距约20m。性屈曲分析