基于有限元分析的实腹式石拱桥合理计算模式研究

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1、铁道建筑2010年第9期RailwayEngineering9文章编号：1003—1995(2010)09-0009-04基于有限元分析的实腹式石拱桥合理计算模式研究魏召兰，蒲黔辉，施(西南交通大学土木工程学院，成都摘要：针对中小跨径实腹式老旧石拱桥承载能力评定的问题，可采用平面有限元数值分析方法，此方法宜建立较为符合实际的计算模型。根据实际施工过程，将一期恒载与活载、二期恒载等作用分别建模计算，且考虑填土对车辆荷载的扩散作用，将车辆荷载集中力换算成均布荷载施加于结构中，建立了较为符合实际的计算模型，并从拱上建筑对承载能

2、力的影响和结构缺损造成的受力变化对结果进行修正。结合某中小跨径实腹式石拱桥的详细检测及荷载试验，此种计算模式进行承载能力评定得出的结果与荷载试验测试结果符合较好，可认为此种计算模式较为合理，具有较好的工程实用性，可适用于同类桥梁结构。关键词：石拱桥承载能力合理计算模式填土扩散作用荷载试验中图分类号：U448．22；U448．32文献标识码：A洲石拱桥，在我国有着悠久的历史，许多建于20世析研究，从施工过程及成桥阶段、拱上建筑的联合作∞纪60年代的拱桥目前仍在正常运营。这意味着依据用、动力特性的角度进行了研究，得到了较为可

3、信的结旧规范设计的拱桥承担着新规范规定的增大设计荷论。Paul等建立了改进精度的三维有限元模型来载，使拱桥的安全性相对降低。要确定既有桥梁的实模拟爱尔兰都柏林格里菲思桥，并与实桥试验进行了际工作状态，必须进行详细的检测与评定。对比分析，得到了很吻合的结果。现有桥梁评估的方法众多，各方法之间存在着一本文利用平面有限元分析软件建立老旧实腹式石定的区别和联系。目前，既有桥梁承载能力的评估方拱桥较为符合实际的模型，研究出较为合理的内力值法主要有：基于外观调查评定法、荷载试验法、承载能方法。结合某中小跨径实腹式石拱桥的详细检测试验

4、力的计算机有限元模拟等几种方法。基于外观调查评项目，从影响承载力的因素着手，对其计算模型进行了定法往往与检查人员的经验和知识密切相关，主观性合理的修正，分析了其方法的可行性，对同类桥梁用有强，不同评定者有可能得出不同的结论甚至截然相反。限元数值模拟提供了参考。荷载试验法通过现场荷载试验可获得部分桥梁结构的1石拱桥合理评估计算模型的建立确定信息，从而降低桥梁评估中的不确定性，对具体桥梁结构而言，更加准确可靠，但成本较高。承载能力的1．1材料参数取值计算机有限元模拟是以有限元数值分析方法建立详细1)材料的线弹性模量的桥梁结构

5、的全桥或局部有限元模型，并根据实测损由于石材为非均匀不连续材料，对于其弹性模量伤结果对桥梁结构的受力作详细的分析，计算结果与目前还没有比较准确的测试手段，一般是根据文献相关评估规范结合用以评定结构的承载能力。[7]的有关规定取值。规范的弹性模量取值与石拱结目前，一种较为合理的做法是建立符合实际的有构的实际弹性模量差异较大，并且石拱结构的应力一限元计算分析模型，并与实桥病害调查及荷载试验结应变关系不明显，导致实际测量值与计算值差别较大。合起来对桥梁承载力进行评估。通过有限元方法对桥因此石拱桥砌体结构弹性模量的测定是石拱桥承

6、载能梁进行分析和研究已经成为桥梁性能评定的必要手段力检定工作的重要环节。之一，国内外部分学者也进行了相关研究。周岑石拱桥砌体结构在受压状态下发生的变形主要是等¨对丹河特大跨径石拱桥进行了全桥结构仿真分砂浆变形引起的，因为石料的弹性模量和强度相对于砂浆的弹性模量和强度要大很多。因此，石拱桥砌体收稿日期：2010-03-30；修回日期：2010-06—15的弹性模量主要取决于砂浆的强度等级(弹性模量)。作者简介：魏召兰(1986一)，女，山东邹城人，博士研究生。但国内石拱桥施工过程中很少有砂浆弹性模量的试验1O铁道建筑Sep

7、tember，2010数据，这给石拱桥承载能力的检定和维修加固工作带面活载内力更为符合实际情况。来了很大的困难。聂建国在文献[7]中提出，根据现模拟活载作用的具体方法是，根据控制截面(左场静载试验的结果来调整有限元模型的弹性模量参右拱脚、L／4、L／2、3L／4截面，为计算跨径)的弯矩影数，使活载下的跨中挠度实测值与计算值相一致，故建响线，将设计荷载(重车)以考虑填土扩散作用后的均议在类似结构分析中，石材的弹性模量取为5．0GPa。布荷载方式进行加载，以获得控制截面的最大弯矩和本文石材的弹性模量参照文献[7]的取值。最小

8、弯矩。老旧石拱桥拱背填料的准确性能很难被准2)材料强度确掌握，而且其力学性能差异较大，本文根据记录和对有限元分析往往将结构简化为均匀连续体进行计填料的观察，并结合相应规范，考虑填土对车辆荷载的算，一定程度上与石拱结构的实际特性有所不同。石影响时，以45。角进行扩散，从而换算成均布荷载q=料的抗压强度设计值和砌体的抗压