钢管混凝土拱桥稳定性影响因素及敏感性研究.pdf

《钢管混凝土拱桥稳定性影响因素及敏感性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第5期（总第181期）No.5(SerialNo.181)2015年10月CHINAMUNICIPALENGINEERINGOct.2015DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2015.05.028钢管混凝土拱桥稳定性影响因素及敏感性研究1112陈波，陈伦升，翟磊，韩兴（1.中冶赛迪建筑市政设计有限公司，四川成都610041；2.西南交通大学，四川成都610031）摘要：通过对某钢管混凝土拱特大桥进行有限元分析，不断改变桥梁结构各部分的刚度、结构形式，分析影响钢管混凝土拱桥稳定性的各因素及敏感性。结果表明：提高拱肋刚度、风撑刚度、风撑形式、吊杆刚度、主

2、梁刚度等均可以提高钢管混凝土拱桥的稳定性；钢管混凝土拱桥稳定性对风撑形式最为敏感，拱肋刚度次之，吊杆刚度最不敏感；采用K字撑是提高钢管混凝土拱桥稳定性的有效手段。关键词：钢管混凝土拱桥；稳定性；影响因素；敏感中图分类号：U448.22文献标志码：A文章编号：1004-4655（2015）05-0086-031工程概况与横梁结合，形成叠合梁。奉化江大桥为宁波市环城南路快速路跨越奉化采用有限元软件对奉化江特大桥进行模拟分江的特大桥梁，采用中承式钢管混凝土系杆拱桥。析,梁体结构计算模型采用传统的“鱼骨梁”模为满足大桥施工及成桥不对奉化江航运产生影响，型,全桥采用空间杆系有限元法进

3、行离散。主梁、大桥主跨一跨过江，在河道内不设置墩柱，同时减主拱和边拱按照实际空间位置离散为3D梁单元，少主墩施工对河堤的影响，主跨确定为260m。边吊杆离散为3D杆单元。全桥模型共有节点383个，跨跨径布置考虑桥下辅道的设置及与临近桥梁芝兰单元536个。桥梁上部结构抗弯刚度不考虑桥面桥墩柱尽量对齐以保证立面景观，跨径采用55m。系对其的贡献。桥墩及立柱与主梁通过耦合进行主桥跨径布置为55m+260m+55m，全长370m，模拟。吊杆通过与鱼刺刚臂的耦合实现与主梁的桥型布置示意图见图1。连接。69510×60034×60010×600695主梁顺桥向自由度放松，扭转自由度约束

4、；辅80080056m800800拱轴线f=52m,L=260m助墩位置主梁竖向和扭转自由度与辅助墩为主从约m=1.2悬链线方程束关系；主梁和拱肋相接的区域为主从约束关系；5500260005500所有桥墩底部为固定约束。结构有限元计算模型示图1桥型布置示意图（cm）意图见图2。2有限元模型及自振特性奉化江特大桥为中承式钢管混凝土系杆拱桥，钢拱柔梁体系。主拱横桥向布置2片拱肋。中跨拱肋拱轴线采用悬链线，边跨拱肋拱轴线采用拟合曲线。横梁采用工字形截面，布置在纵梁之间，在立图2结构有限元计算模型示意图柱及主跨范围内纵梁横向布置5片，在进入边跨混通过稳定性分析获得前几阶失稳模态，

5、同时采凝土拱肋之间后横向布置3片。横梁采用工字型截用子空间迭代法求解该桥的自振模态。文献[1]指面钢梁，其上为混凝土桥面板，桥面板通过剪力键出由于桥梁的响应仅由若干低阶模态起控制作用，收稿日期：2015-04-10所以在系统分析中只需要提取若干低阶振型进行响第一作者简介：陈波（1985—），男，工程师，工学硕士，应分析。本文只列出主桥前3阶数值结果（见表1），主要从事桥梁设计及相关研究工作。前3阶失稳模态与自振振型见图3。86陈波，陈伦升，翟磊，韩兴：钢管混凝土拱桥稳定性影响因素及敏感性研究2015年第5期表1自振特性与稳定分析从图中可以看出，稳定系数随拱肋刚度的变大阶次频

6、率/Hz振型特点安全系数失稳模态而逐步增大，增加拱肋刚度有效提高结构的稳定性。拱肋、梁反对10.48779拱肋、梁反对称竖弯9.78称竖弯2）风撑形式的影响。钢管混凝土拱桥的风撑拱肋、主梁对20.51409拱肋、主梁对称侧弯15.12有多种形式，常用的主要有“一字撑”、“K字撑”称竖弯拱肋、主梁反以及“X撑”等几种。为了研究各种风撑形式对桥30.66213拱肋、主梁对称侧弯15.27对称侧弯梁稳定性的影响，在初始模型“一字撑”基础位置改为“K字撑”或“X撑”，计算稳定系数，从而a）第一阶自振频率f=0.48779b）第二阶自振频率f=0.51409分析风撑形式对结构稳定性的

7、影响。计算以上几种情况的安全稳定系数，结果见图5。c）第三阶自振频率f=0.66213d）第一阶失稳模态1413.2412.3712e）第二阶失稳模态f）第三阶失稳模态9.78图3奉化江特大桥第一阶~第三阶振型及失稳模态图10从图3可以看出，第一阶模态是反对称竖弯，8第二阶出现对称侧弯，表明主桥横桥向挠曲刚度大6于纵桥向刚度。竖向振动时，主梁与拱肋振动基本稳定系数4同步。横桥向振动时，主梁振动出现明显滞后现象，2表明主梁横向刚度较大；失稳模态与自振振型不一0致，且弹性稳定的安全系数最小为9.78，故该桥的一字撑K字