浅谈大跨蝴蝶拱桥的实用分析方法.pdf

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1、浅谈大跨蝴蝶拱桥的实用分析方法胡恩宏辽宁省城乡建设规划设计院摘要：以凌源市跨大凌河文艺大桥总体计算为例，分析大跨蝴蝶拱桥的计算方法，运用空间分析的计算方法，准确高效地进行结构受力变化分析，保证结构受力安全合理。关键词：大跨蝴蝶拱；空间索面；钢混结合1情况简介文艺大桥跨径布置为26+27．8+118+27．8+26=225．6m，主跨118m为钢箱梁，引跨26m+27．8m为混凝土梁，结构形式为下承式钢结构系杆拱桥，钢拱外倾为蝴蝶展翅形，空间吊索。2设计与计算2．1要点本桥主跨跨径大，桥面宽度大，空间索面，为下承式系杆钢混组合拱桥。本桥的受力难点之一是空间索面的索力控制及钢混结合段的

2、内力控制。由于主跨钢拱外倾，所以受弯剪扭作用效应均很大，且拱内力不均匀，面内、面外的弯矩大，受力较常规拱不合理，且控制难度大。由于本桥主拱桥跨径大，受力不均匀，且桥区属于7度地震区，所以需注意抗震效应和稳定效应控制。2．2方案为了保证设计兼顾美观、经济、受力、施工便利性，以上各项要求达到完美的统一和融合。本次设计各个部位均进行了施工图方案比选。结构形式：考虑采用主桥引桥分离或整体式两种方案的比较。主拱：考虑采用钢箱或钢桁架两种方案的比较。主横梁：考虑采用钢结构或预应力混凝土结构两种方案的比较。拱梁相接方案：考虑采用钢格构或钢混结合两种方案的比较。主跨钢梁考虑采用全钢箱梁或钢双主梁两

3、种方案的比较。引跨混凝土梁：考虑采用单箱多室箱梁和多箱多室箱梁两种方案的比较。抗震：考虑采用摩擦摆支座或盆式支座加榫锚两种方案的比较。以上各项比较，均进行了详细的构造比选，计算分析，造价比较，施工方法比较，美观性比较，结合各方面优缺点，‘最终选择最优的施工图设计方案。最终的施工图各部分设计方案依次为：结构形式采用整体式，主跨采用钢结构，引跨采用混凝土结构；主拱采用钢箱结构；主横梁采用预应力混凝土结构；拱梁相接方案采用钢混结构方式；主跨主梁采用钢双主梁形式；引跨主梁采用预应力混凝土梁形式；抗震考虑采用摩擦摆支座的形式。2．3模型模型中，对于主梁、钢拱采用三维梁单元模拟，吊索和系杆采用

4、桁架单元模拟。通过设置弹性连接及刚性连接来模拟各个构件间的连接。各个构件截面特性按实际尺寸输入。支座通过弹性连接来进行各个方向约束的模拟。根据设计图纸，整体计算中，每一根钢束均详细描绘成空间曲线，并按施工过程张拉并考虑损失情况。特别是混凝土收缩徐变、分批张拉预应力损失、体系转换引起的预应力二次效应等因数均充分考虑。图1总体计算模型图2．4主拱内力使用(MIDAS)软件建立整体空间模型，计算分析并得出主拱的内力结果，为后续的计算分析提供设计依据，结果如下：根据计算结果，主拱标准值组合下，考虑板厚修正后，最大组合应力值为118Mpa<210Mpa，满足规范要求。2．5主梁应力根据计算结

5、果，主跨钢梁标准值组合下，考虑板厚修正后，最大组合应力值为72Mpa<2lOMpa，满足规范要求。引跨主梁按预应力混凝土A类构件控制设计，但控制要求主梁不产生拉应力。根据计算结果，主梁长短期组合下，未出现拉应力，最小正应力为0．3Mpa，满足规范要求。根据计算结果，主梁长短期组合下，最大主拉应力为0．8Mpa<0．5x2．65=1．325Mpa，满足规范要求。根据计算结果，主梁标准值组合下，最大压应力为11．5Mpa<0．5x32．4=16．2Mpa，满足规范要求。2．6吊索、系杆索应力根据计算结果，最不利组合中，吊索最大轴力N=918．0kN，同一吊点采用，破断索力为4912kN

6、。吊索安全系数：4912／918=5．35>3吊索安全系数满足规范要求。吊带标准值组合下最大应力幅为128Mpa，满足规范要求。根据计算结果，各吊索索力分布较均匀，且各索力满足控制应力，满足长期使用要求。根据计算结果，最不利组合中，系杆索最大轴力N=4200kN，同一吊点采用，破断索力为14219kN。系杆索安全系数：14219／4200>2．5系杆索安全系数满足规范要求。系杆标准值组合下最大应力幅为52Mpa，满足规范要求。2．7变形a)恒载位移。恒载作用下，118m主跨最大挠度为7cm。b)活载位移。汽车荷载作用下，118m主跨最大挠度为1．4x3．2=4．48cm

7、=19．6cm，满足规范要求。下转第165页1622015．02护坡道、路堤边坡及上边坡的生态防护设计要与自然生态环境相协调；在公路路面、路基等结构过程中尽量使用一些生态环保型的新材料；同时，还应该充分考虑公路主线经过的自然条件、水文情况，认真做好公路建设过程中的排水工作，在完成施工设计图要求的基础上尽量减少填挖工程量。其中川主寺到九寨沟公路是当前较为舒适的高原生态公路，这条公路经过的区域海拔较高、人员较少，生态环境脆弱，所以为了达到公路建设设计与生态环境保护达到和谐