人行斜跨拱桥的设计和分析

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1、42桥梁结构城市道桥与防洪2012年10月第10期人行斜跨拱桥的设计和分析谭慧，费维水，宁晓骏(昆明理工大学，云南昆明650500)摘要：以昆明市某人行斜跨拱桥为工程背景，通过建立不同拱肋高度的计算模型，对结构的应力和位移、自振频率、稳定性等进行计算分析。结果表明随着拱肋高度的增加，拱肋的最大应力和各构件的竖向位移有显著影响，竖向频率及稳定系数随之增加。斜跨拱具有很独特的景观效应，是合适的城市景观桥梁。关键词：斜跨人行拱桥；受力分析；景观效应中图分类号：U448．22文献标识码：B文章编号：1009—7716(20

2、12)10—0042—04凝土拱座。下部桩基按摩擦桩设计。拱肋从主梁的0前言一侧斜跨至另一侧，拱肋的水平面上投影与主梁随着社会发展和时代进步，桥梁结构的功能中心线成15。夹角。拱肋在其自身平面内为圆曲不仅仅局限于满足跨越沟壑和障碍，无论是桥梁线，轴线处的曲线半径为R=29．1171TI。计算跨径为设计师还是人民大众都对桥梁的艺术表现性提出46．5871TI，计算矢高11．647in，计算矢跨比为1／4。了更高的要求。随着新材料、新工艺的应用，一些人行桥总长41．1m。桥梁横断面宽5．5m，人行道新颖的异形桥梁呈现人

3、们眼前，带来了思想的冲宽5m。桥梁纵坡为1％，桥面平面与拱肋平面均位击和视觉的享受_lI。于直线匕。斜跨拱桥拱轴线与主梁轴线不重合，成一定的夹角。与常规桥梁相比，斜跨拱拱肋在斜吊索作用下将承受较大的面外弯矩和扭矩，会产生失稳问题。国内修建了跨径分别为180ITI和100m的两座车行斜跨拱桥【2]。由于斜跨拱修建数量少，形式新颖，景观独特，因此对斜跨拱的研究是有必要L厂1n一晤j_————————————_-————————————}一厂Tf1J的。本文以某人行斜跨拱桥进行研究分析。1工程背景以云南省昆明市某人行跨江

4、桥梁(见图1)为例。桥梁上部结构采用斜跨下承式拱桥，下部桥台采用重力式桥台，拱座采用桩基接承台式钢筋混收稿日期：2012—04—10基金项目：云南省自然科学基金项目(2009CD034)作者简介：谭慧(1989一)，女，湖南湘潭人，硕士研究生，从事图1桥型布置图(单位：cm1桥梁与隧道工程研究工作。理的设计和计算分析，确保了各构件间受力传递和年底竣工通车，至今运营良好。压重设置的有效性和可靠性。采用锚固于承台的吊杆来平衡活载等可变荷载的拉力，合理地利用承台参考文献l1】徐振华，张俊杰．宁波市外滩大桥的优化设计探讨【

5、J】．城市道桥的自重解决了须改变主梁外形额外增加压重的处与防洪，2008(6)：34—37．理措施。后锚点构造的后期养护均在外表面，十分[2]马景，葛竞辉，张俊杰．宁波市外滩大桥设计[A]．2011年全国桥方便，其成功的设计为今后类似结构提供了较好的梁学术会议论文集【C】．北京：人民交通出版社，2011．借鉴。外滩大桥于2008年6月开工建设，2010年【3】刘士林，等．斜拉桥[MI．北京：人民交通出版社，2002．2012年10月第10期城市道桥与防洪桥梁结构43上部结构由拱肋、纵梁、边横梁、中横梁、中主2．2计

6、算及分析横梁、端横梁、吊杆构成。拱肋纵横梁钢材全部采2．2．1应力和位移用Q345c纵横梁焊接而成。各部分截面为箱型，截考虑承载能力极限状态时，人群荷载全宽加载面尺寸见表1。吊杆直径为100mm的GLG650-00，时的最不利组合取为：1．2×自重+1．2×二期荷载计算长度为9．69m。基础在顺桥向宽2．3m，横桥+1．4×人群荷载+1．12×整体降温+1．0×强制位移。向宽4m，高0．75m。承台长7．7m，宽6．7m，厚2m。通过分析可得整个上部结构的受力情况为：在承台底对称布置4根桩径均为1．5In钻孔灌注桩

7、。竖向荷载作用下，纵梁受力传递给中主横梁，再由桩基采用C30钢筋混凝土。中主横梁上的吊杆传给拱肋。两片纵梁通过边、中横梁连接为整体，其受力形式类似于连续梁，具有表1截面尺寸表(单位：mm)连续梁的受力特性。吊杆承受轴向拉力，中主横梁所受的内力比中横梁要大，因此需要较大截面来满足刚度要求。通过不同的拱肋刚度(只改变拱肋截面高度，其他参数不变)来计算最大应力和最大竖向位移见表2、表3。表2最不利组合下的最大应力(单位：MPa)2受力分析人行斜跨拱桥的受力是复杂的：若采取荷载均由拱肋承担，那么拱肋受力太大而需要很大的截面

8、，影响景观效果；若采取主梁承受荷载作用，主梁受力太大，而拱肋发挥不了作用，这样材料得不到充分利用，不经济。因此，在此人行斜跨拱(注：表中应力“+”表示受拉，“一”受压。)桥中采取主梁与拱肋一起参与作用。2．1模型的建立表3最不利组合下的最大竖向位移(单位：mm)桥梁上部结构通过采用有限元软件对进行建模：拱肋、纵梁、横梁、吊杆等采用梁单元模拟。为了减轻自重、改