纳界河大桥拱上立柱抗风稳定性分析(修改终稿)

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1、拱上立柱抗风稳定性分析一、工程概况纳界河特大桥为上承式提篮钢桁拱桥，主拱施工完成后，吊装拼接拱上立柱。1#立柱（靠近拱脚）高达39.919m，为平面桁架结构，其纵向抗风稳定性需要进一步论证。图1纳界河特大桥主拱及拱上立柱二、风荷载根据《铁路桥涵设计基本规范TB10002.1-2005》第4.4.1条，作用在桥梁上的风荷载强度：W=K1K2K3W0式中W——风荷载强度（Pa）；W0——基本风压值（Pa），根据设计说明取700Pa（相当于33.5m/s的风速）；K1——风载体形系数，依照规范，主拱及拱上立柱取1.3；K2——风

2、压高度变化系数，取1.56；K3——地形、地理条件系数，取1.3。W=K1K2K3W0=1.3×1.56×1.3×700=1845.48Pa2.1主拱横风荷载根据《铁路桥涵设计基本规范TB10002.1-2005》第4.4.1条，横向风力的受风面积应按桥跨理论轮廓面积乘以系数，钢拱两弦间的面积0.5。主拱立面轮廓面积4182.48m2，主拱横风：F1=W×A=1845.48×4182.48×0.5/1000=3859.3kN近似按平均作用在上、下弦杆上，上、下弦杆长度分别为389.2m、376.2m，则弦杆受到的线荷载为：

3、q1=F1/(389.2+376.2)=5.04kN/m。2.2拱上立柱横风荷载1#立柱迎风面宽度1.248m，单位长度横向风荷载：q2=W×1.248/1000=2.3kN/m其余立柱同理。2.3拱上立柱纵风荷载1#立柱主杆件迎风面宽度1.648m，纵向风荷载q3=1845.48×1.648/1000=3.04kN/m其余立柱同理。三、MIDAS模型将以上荷载加到MIDAS模型中，计算各杆件内力、应力，并分析杆系稳定性。图2自重+横风荷载作用下应力图（MPa）图3自重+纵风荷载作用下变形图（MPa）图4自重+横风荷载1#

4、立柱应力图（MPa）图5自重+纵风荷载1#立柱应力图（MPa）各杆件应力均满足要求。计算杆系稳定性，得到屈曲模态和稳定系数。图6第一阶屈曲模态图7第二阶屈曲模态图8第三阶屈曲模态稳定系数均远大于1，不会出现失稳问题。四、结论主拱及拱上立柱在风荷载作用下满足应力、稳定要求，不会出现结构失稳及破坏。温度荷载作用下合龙段下弦杆强度验算根据目前拟定的纳界河大桥主拱合龙方案，合龙顺序为：首先合龙下弦杆及下平联，接着依次拼装斜腹杆，最后合龙上弦杆及上平联。一方面因为时间有限，另一方面腹杆及上弦杆合龙时可能需要必要的调整，所以不能在一天

5、内完成所有合龙段杆件安装，完成下平面合龙的拱结构会经历一昼夜的温度变化，温度效应对超静定结构产生温度次内力。下面即对温度荷载作用下的合龙段下弦杆内力进行分析。下弦杆夜间合龙，预计一天之内温度最大变化为30℃。有如下计算结果：工况1：自重+扣锚索索力图1合龙后下弦杆合龙段上缘应力图（单位：MPa）图2合龙后合龙段下弦杆下缘应力图（单位：MPa）实际上通过现场扣锚索索力的调整，在其他外力很小的情况下将合龙段下弦杆填入预定位置，合龙段的应力会比计算值要小。工况2：整体升温30℃图3整体升温30℃引起的合龙段上缘应力图（单位：MP

6、a）图4整体升温30℃引起的合龙段下缘应力图（单位：MPa）图5整体升温30℃引起的结构标高变化图（单位：mm）整体升温30℃条件下，拱肋跨中，合龙段的标高将升高202mm。工况3：自重+扣锚索索力+整体升温30℃图6恒载+整体升温30℃引起的合龙段上缘应力图（单位：MPa）图7恒载+整体升温30℃引起的合龙段下缘缘应力图（单位：MPa）表1各工况下下弦杆应力汇总表序号工况合龙段下弦杆应力（MPa）拱顶标高变化值（mm)上缘下缘1恒载-6.94.1-2整体升温30℃-10.6-43.0202.23恒载+整体升温30℃-17

7、.1-38.9-由计算结果可以得出，在经历一天的温度变化条件下，合龙段下弦杆的总应力最大为-43MPa，远低于钢材Q370qE的《铁路桥梁钢结构设计规范》规定的容许应力[σ]=220MPa。考虑到下面几个因素：1、钢结构设计时，连接处的强度要高于杆件强度。2、下弦平面合龙当天即完成高强螺栓的终拧。3、低温合龙后，在第二天白天温度升高产生的内力主要为轴向压力，基本依靠杆件传递。因此仅需要杆件强度满足要求，不需要验算高强螺栓的承载力。