东江系杆拱桥稳定性分析

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1、2014年l0月第10期城市道桥与防洪桥梁结构53东江系杆拱桥稳定性分析王晓琴1,2，路撵1,2(1．西北民族大学土木工程学院，甘肃兰州730000；2．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州730070)摘要：对东江系杆桥通过有限元程序建立全桥模型，对其进行稳定性分析，得出施工阶段拱肋的稳定性低于成桥后的稳定性这一结论，并讨论了横撑对稳定性的影响。关键词：系杆拱桥；施工控制；稳定性；有限元、中图分类号：U442．5文献标识码：B文章编号：1009—7716(2014)10-0053—02题，其本质是数学上的特征值问题，求解出的最小0引言特征值就是拱桥的失

2、稳临界荷载系数，线性求解稳定问题是桥梁工程中经常遇到的问题，与方程为：强度问题有着同等重要的意义。梁拱组合式桥梁(【KD]+A[K))=0(1)的稳定性与施工过程和结构形式有密切关系，其式中：为结构弹性刚度矩阵；[为结构初始应失稳形式分为两类，平面内失稳与空间侧面失稳【l】。力刚度矩阵；A为拱桥荷载稳定系数；6为结构的带有横撑的双肋系杆拱桥，拱间横撑和吊杆位移增量。的非保向力作用使系杆拱桥的侧向稳定承载力比由上述方程计算出的特征值只有其最小值才上承式拱桥或无横撑系杆拱桥大很多，但同时考有实际意义，最小值对应的就是失稳的临界荷载虑横撑和吊杆时，使问题的研

3、究呈现一定的复杂系数。性，因此对有横撑系杆拱桥侧向稳定性的研究，有1．2第二类失稳问题助于稳定承载力的计算和结构形式的选择，具有系杆拱桥第二类失稳问题属于极限点失稳问工程意义和实用价值。题，可通过几何非线性分析、纤维模型的动力弹塑性分析来实现，计算过程中采用平衡迭代的方法1计算理论进行。对于系杆拱桥的稳定性问题，结构最不安全([，D]+【】+[){6)={(2)状态不一定出现在桥梁的运营阶段，相反起控制式中：【gd为结构大位移刚度矩阵；{叼为结构等效作用的力学状态往往出现在施工阶段，因此对施节点处荷载值。工阶段结构的稳定性分析就显得十分必要。文献压溃荷

4、载即是考虑拱桥几何材料双重非线性【2】基于能量原理推导了有横撑系杆拱桥侧向弹性所得的极限失稳荷载。稳定承载力的解析计算公式，在公式中考虑了桥2计算实例梁跨度、矢跨比、拱肋截面侧向抗弯刚度与抗扭刚度、横撑截面刚度、肋间距和横撑数目等因素的影2．1工程简介响，在公式推导过程中假设拱轴线为圆弧形、桥面东江系杆拱桥位于甘肃省陇南地区，结构形式系侧向抗弯刚度很大等，在使用过程中是具有局为50m下承式钢筋混凝土简支系杆拱桥。计算矢限眭的。使用有限元原理，对系杆拱桥建立全桥模高10m，矢跨比1／5，桥面结构采用纵横梁体系、整型，并可对其各个施工过程进行稳定性分析，计

5、算体桥面板。主梁预应力A类构件设计，其它结构按原理如下【。钢筋混凝土截面设计。全桥共设11道预应力混凝1．1第一类失稳问题土横梁，其中有2道端横梁、9道中横梁。拱肋合拢系杆拱桥第一类失稳问题属于平衡分支问温度按l5℃考虑。全桥布置9对吊杆，吊杆间距为5．0m。全桥共设两榀钢筋混凝土拱，拱肋与加劲纵收稿日期：2014—04—10梁固结，两榀拱肋横向间距为18．5133，在拱肋设置基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目(3l920130o6o)，西北民族大学中青年科研基金(XBMU一2010一BD一128)3道钢管风撑。结构按地震烈度Ⅷ设防，设计荷作

6、者简介：王晓琴(1979一)，女，甘肃陇西人，在读博士，讲师，研究方向为岩土与地下工程。载为城一A级，设计车速为50km／h。54桥梁结构城市道桥与防洪2014年10月第lO期施工过程为先在支架上进行梁体、拱肋施工，然后张拉吊杆进行结构体系转换，吊杆张拉顺序见表1。横撑何时安装需进一步讨论，故本文分别分析了张拉前安装横撑与张拉后安装横撑两种情况。表1东江系杆拱桥吊杆张拉顺序图2拱肋有、无横撑时各工况稳定性系数对比定性系数变化的范围较大。与无横撑一致，在第9工况，稳定安全系数达到最小值14．03，而在此后的3个阶段里，稳定安全系数又逐渐增大，最终达到15

7、．26。第9工况的第一阶失稳形态见图3，拱肋2．2计算模型以横向屈曲为主，桥面不动。加上横撑后，与不加对东江系杆拱桥的计算使用商用有限元软件临时横撑相比，拱的一阶失稳形态发生了明显变MidasCivil为分析平台，采用正装分析法，模拟在化，由横向对称屈曲变为横向弯曲屈曲，其失稳形施工过程中及成桥后结构的稳定性。在计算分析态见图4。时可使用单元的“激活”、“钝化”功能，一次性建好全桥结构模型，在以后每个工况的分析中，通过该功能定义各施工节段，以此来实现对整个施工过rr丌，II_IHImIt■fqtHI-t目II’程的模拟计算。对该桥建立空间杆系模型，全桥

8、节点89个，单元138个。其中：主梁、拱肋为梁单元，吊杆为只受拉的索单元，拱肋与主梁采用刚臂单