简支梁拱组合桥的设计与建模.pdf

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1、圃简支粱拱组合桥的设计与建模滕丽平黎启国武昌首义学院城市建设学院武汉大学城市设计学院摘要：本文以云南绥江马掌坝桥的设计为依据，分别以桥梁博士软件建立主桥平面杆系模型及Midas／civil软件建立空间三维有限元模型，论述了两者在简支梁拱组合桥建模过程中的注意事项，为同类桥梁的设计提供参考。关键词：梁拱组合桥；有限元；模型Abstract：TakeMaZhangbabridgeofSuijiang，Yunnanasanexample，withthefiniteelementsoftwareDr．BridgeandMidas／civil，thearticleanalyzedtheatte

2、ntionmattersintheprocessofBeam-ArchCombinedBridgemodeling，whichcouldbereferentialforthedesignandanalysisofthiskindofsystembridges．Keywords：beam—archcombinedbridge，thefiniteelement，model1引言梁拱组合桥在受力上兼具梁桥和拱桥的优点。且造型优美流畅，在现代桥梁建设中备受青睐。虽然该桥型具有广阔的发展前景，但在国内的研究还处于起步阶段，缺乏相应的设计规范。本文以云南绥江马掌坝桥——简支梁拱组合桥的设计为背景

3、，分别采用平面和空间有限元计算软件建立主桥模型，以期为类似桥梁的设计施工起到参考和借鉴作用。2工程概况马掌坝桥(图1)是云南省绥江县跨越小溪沟的一座城市桥梁，全长107．16m。主桥为下承式简支梁拱组合体系。计算跨径60m，两边跨为预应力混凝土空心板．桥面横向布置为2x0．25m催杆)+2x1．75m(人行道)+2x8．On(车行道)。下部结构为桩基础。10716早1且：““图1马掌坝桥立面图3主桥上部结构设计3．1拱肋及横撑全桥共设两榀钢管混凝土拱肋，横向间距13．4m，哑铃形截面，高160cm，宽65cm，钢管壁厚10mm，采用泵送混凝土置3道一字圆形空钢管横撑，直径60cm，壁

4、厚12ram，横撑钢管内不灌混凝土。3．2吊杆每榀拱肋设10根厂制吊杆，间距5．0m，采用OVM．GJl5—7钢绞线整束挤压拉索体系，配套锚具为OVM．GJ钢绞线整束挤压A型(固定端)和c型(张拉端)锚具，采用单端张拉，张拉端设于拱肋顶部．固定端设于系梁底部。3．3系梁及横粱系梁为预应力混凝土结构，矩形实体截面，梁高150era．宽80cm，靠端部加宽至140era，加高至2500era。预应力钢束采用8束卿15．24—12高强度低松弛钢绞线，抗拉标准强度f吐=lS60MPa。全桥共设12道预应力混凝土横梁，其中有2道端横梁、10道内横梁(吊杆处横梁)。端横梁采用单箱单室截面，中横梁

5、采用T形截面，上翼缘为整体桥面板，在两根T梁间再现浇一段桥面板，使桥面成为整体，横梁跨中梁高1lOcm，与系梁连接处高lOOcm。端横梁宽200cm。中横梁翼缘宽2300cm，底宽70cm。横梁预应力钢束采用4束中i15．24—8高强度低松弛钢绞线。3．4端节点此部位不仅是梁拱的连接点，还是纵向预应力柬的锚固点，同时还要确保拱肋的横向稳定性，受力复杂，配筋量大。为此，必须恰当地布置普通钢筋及预应力筋，否则很容易在此处出现裂缝。本桥端节点的钢筋配置有五种形式。纵向钢筋布置于系梁内，考虑到系梁吊装，配置了较多主筋；顺拱轴顶升灌注。拱肋与加筋纵梁固接。在第三吊杆处和拱顶共设线的斜筋，焊牢于

6、钢管连接板及一部分插入钢管内，顺拱轴2016．04线插入端节点；垂直系梁轴线的箍筋，向端节点逐渐加密；垂直于拱轴线的斜拉筋，以及盆式支座上的钢筋网，如图2所示。图2端节点钢筋布置图4有限元模型的建立4．1平面杆系有限元模型首先采用桥梁博士软件来建立平面杆系有限元模型。根据桥梁结构设计和施工方案。建模过程中考虑了以下假定：①采用平面杆系单元进行计算，横向按全桥进行简化；②预应力构件不考虑普通钢筋的参与受力；③在结构构件相交而形心不在同一点处均设置刚臂单元：④不考虑桥面附属设施参与主体结构受力。该桥平面杆系模型中。系梁和拱肋均采用梁单元，吊杆采用索单元，总计108个单元，98个节点。其中

7、拱肋单元48个(单元编号148)、梁单元48个(单元编号49—98)、索单元10个(单元编号99一108)，钢束数量4个，边界条件数量3个。主梁两端采用沿桥轴向的定向滑动支座约束。拱脚与系梁之间的连接采用主从约束的方法建立刚性连接，吊杆与系梁之间的连接采用主从约束的方法建立竖向连接，释放水平和旋转自由度。整体有限元模型坐标系以桥梁纵向为x方向，竖向为Y方向．横向为z方向。具体模型见图3。图3主桥平面有限元模型4．2空间有限元模型采用MIDAS／CIVIL前