多拱肋系杆拱桥力学性能分析

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1、52世界桥梁2013，41(6)多拱肋系杆拱桥力学性能分析赵辉，郝超(北京市市政工程研究院，北京100037)摘要：驿前大桥主桥为2×83m三片拱肋系杆拱桥，为验证该桥结构设计的安全性，采用MIDASCivil建立梁单元模型分析全桥静力性能，采用ANSYS建立拱脚实体模型分析拱脚局部应力。计算结果表明：吊杆关键节点在顺桥向、横桥向及竖向均发生了位移，该桥的力学行为表现出空间效应，在施工和监控时必须关注其3个方向的位移，以免吊杆发生偏位，并设支座预偏量以避免支座发生剪切破坏；全桥及拱脚节点局部应力满足规范要求，结构是安全的。关键词：系杆拱桥；多片拱肋；拱脚；局部应力；位移；有限元法中图分类号：U

2、448．225；U441．5文献标志码：A文章编号：16717767(2013)06—0052—051引言m(预应力混凝土简支组合小箱梁)+2×83m(下承拱桥以其合理的受力性能和优美的造型，在蓬式钢筋混凝土系杆拱，见图1)+3×25m(预应力混勃发展的现代交通事业中得到了广泛的应用。近年凝土先简支后连续组合小箱梁)，桥梁全长298．60来，拱桥的发展无论在跨越能力的提高、结构型式的m。主桥拱肋的理论计算跨径为80m，计算矢高16组合化趋势以及各种新型材料的应用和合理组合配m，矢跨比1／5，理论拱轴线方程为y一4×16×X×置等方面都有了充分的发展。系杆拱桥为一种集拱(80一X)／80／80(

3、坐标原点为理论起拱点)二次抛物与梁优点于一身的拱梁组合体系桥，将拱与梁2种线。驿前大桥主桥上部结构横断面示意如图2所示。基本结构组合在一起，共同承受荷载，充分发挥了梁该桥主拱肋为工字形混凝土结构，中拱肋宽1．8受弯、拱受压的结构性能和组合作用口]。m，边拱肋宽1．4m，中、边拱肋高度均为1．8m(见常见的拱桥多有2片拱肋，多片拱肋系杆拱桥图2)，拱肋现浇后与拱座相连，拱脚段拱肋、系杆混并不多见，多片拱肋系杆拱桥由于其系杆和横梁均凝土与端横梁混凝土在支架上整体浇筑成拱座。有预应力作用，纵、横向预应力效应使结构受力表现系杆采用矩形实心断面，中系杆宽1．8m，边系出复杂的空间力学特点¨2]。本文依托

4、驿前大桥——杆宽1．4m，系杆高度均为1．8m，在支架上分段3片拱肋系杆拱桥，对其进行空间受力分析，以验证现浇。结构设计的安全性。端横梁为现浇混凝土单箱单室箱梁，梁高1．82～2．06m，与拱脚混凝土在支架上整体现浇；2工程概况中横梁为T形断面，梁高1．06～1．30m，采用支架驿前大桥位于龙游县城郊，龙游大桥南侧灵山现浇与系杆相连。港上，桥址处河宽约260m。上部结构采用2×25行车道板为钢筋混凝土空心断面，板厚26cm，2．8300668300．8缩缝3号孔4号孔图1驿前大桥主桥立面布置示意收稿日期：2013—06—03作者简介：赵辉(1982一)，女，工程师，2004年毕业于北京交通大学

5、土木工程专业，工学学士，2007年毕业于北京工业大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士(E—mail：zhaohuil982@139．corn)。多拱肋系杆拱桥力学性能分析赵辉，郝超53250．1406o1075601806o107560140,．250．．3O单位：Cm图2驿前大桥主桥上部结构横断面示意采用预制安装。加劲梁及风撑等构件采用C50混凝土，中、端横梁吊杆采用成品束，为GJ钢绞线整束挤压拉索悬臂段采用C40混凝土。中横梁、端横梁、边系杆、体系，两端均设球形垫板，中拱肋吊杆采用GJ15—中系杆分别采用6。15．2、715．2、lo415．2和22型，边拱肋吊杆采用GJ15—16型，采用GJ

6、钢绞15415．2四种规格钢绞线，中、端横梁钢绞线控制线整束挤压拉索体系对应的锚具，上方拱肋端为张张拉应力为1339．2MPa，中、边系杆钢绞线控制张拉端，下方行车道横梁端为固定端。吊杆为平行垂拉应力为1302MPa。主桥共有2孔，先施工的3直布置的平面索，全桥共设2×3×17套，标准索距号孔跨系杆采用两端张拉，后施工的4号孔跨系杆为4．3m。吊杆编号每跨从3号孔往4号孔方向依采用单端张拉。行车道板(预制)和桥面铺装作为荷次定义为1～17。载考虑，等效模拟为作用在横梁上的均布线荷载。在拱顶附近对称设3道风撑，风撑间距15m，吊杆张拉力采用初拉力荷载加载，每次吊杆张拉均为工字形混凝土结构。分9个

7、步骤依次完成，要求横向3片拱肋及顺桥向沿桥跨对称的6根吊杆同时对称进行张拉。汽车荷3有限元建模载为公路一I级，双向6车道。温度作用按照结构采用MIDASCivil2010建立主桥有限元模型整体温差±20℃考虑_3州]。(见图3)，共划分876个节点，1062个梁单元，51个只受拉桁架单元。其中拱肋、系杆、横梁、纵向加劲4施工阶段结构位移和应力计算梁、风撑、悬臂段等构件采用梁单元模拟。吊杆采用4．1