钢管混凝土异型拱桥拱座力学特性分析.pdf

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1、第1期(总第151期)2011年2月中圄亏盛z靠CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．1(SerialNo．151)Feb．2011DOI：10．3969／j．issn．1004—4655．2011．01．006钢管混凝土异型拱桥拱座力学特性分析赵铁永1，徐平2。朱越峰3(I．牟汇工程设计集团有限公司，浙江绍兴312000；2．安吉县交通设计宣，浙江安吉313300；3．安吉县公路管理段，浙江安吉313300)摘要：采用有限元程序(ABAQUS)，对一座主跨为132m的下承式钢管混凝土异型拱桥进行空间分析，分别对一次落架和二次落架2种施工方法下的拱座应力进行了计算

2、分析。结果表明：拱肋之间的拱座面上出现的应力已经超过了混凝土的抗拉强度设计值；一次落架的情况下，拱座受力变形后不再符合平截面假定。关键词：钢管混凝土；异型拱桥；梁单元；有限元；实体单元；应力中图分类号：U448．220．1文献标识码：A文章编号：1004—465512011)01—0016—03近年来，一系列大跨度复杂结构的钢管混凝土拱桥在我国桥梁建设中迅速发展。这类结构具有强度高、跨越能力强、造型上可以追求多样等优点，在城市桥梁建设中得到广泛应用。其中以月牙形拱肋为代表的钢管混凝土异型拱桥在造型上极富时代气息，被漳州龙江大桥⋯、常州东港大桥旧1以及宁波长丰大桥¨1等桥梁所采用。该

3、类桥梁的拱圈为多根钢管混凝土拱肋组成的空间桁架，两侧副拱在空间沿横桥向外倾，拱肋之间通过横撑和斜撑相连，主、副拱肋和桥面分别通过竖吊杆和斜吊杆连接，多根拱肋共用1个拱座。复杂的造型使得结构的力学特性极为特殊。图l为宁波某跨江大桥设计方案的立面图和主跨横断面图。该桥为梁拱组合结构，连续梁桥跨布置为47m+132m+47m。主梁中跨为钢一混凝土结合箱梁，边跨为预应力混凝土箱梁(PC梁)，桥面宽度36．5In。拱肋由3根圆形截面钢管混凝土结构组成，包括1根主拱肋和2根副拱肋，3根拱肋之间成倒三角形截面。拱肋曲线均为抛物线，主拱肋平面和副拱肋平面间的夹角为19。。主拱肋的矢跨比为1／5．5

4、，直径为1．8m，副拱肋的直径为1．5m，主、副拱肋内均填C50的混凝土。主拱肋与桥面中心之间用竖吊杆、副拱肋与桥面两侧之间用斜吊杆连接。主、副拱肋之间用工字钢斜撑相连，副拱肋之间用钢管横撑连接，拱肋、横撑和斜撑形成桁架拱形结构。主拱肋、副拱肋在拱脚位置用混凝土整浇在一起，形成拱座。拱座在收稿日期：2010一Oi一嘴第一作者简介：赵铁永(19r75一)，男，主要从事交通及市政道路桥梁设计工作。16纵、横向的尺寸为10m和4m。鉴于该桥结构特殊，拱座又较小，故需对拱座的受力特性进行分析。弋l硎研腻P麓1ia．-r96000B(钢箱粱)li《a)立面图肉塞，L＼B!卜掣．Ⅲ』¨”1'6

5、删舢l280001w6600删Ⅱ杆b)主跨横断面图图1某钢管混凝土异性拱桥设计图1计算模型1．1计算模型的建立对拱桥拱座的分析，传统的建模方法是取结构局部作为分析对象，并在边界上施加强制位移进行计算HJ。这种计算方法虽然比较容易实施，但由于计算中简化了超静定结构的约束作用，故计算结果不能保证精度。为此，采用ABAQUS通用程序建立了全桥有限元模型(见图2)，以准确分析拱座的局部应力。模型中采用杆系单元模拟拱座局部区域外的结构刚度．用三维实体单元模拟拱座局部区域(见图3)。为了确中砷干蓝，靠赶铁士．捺平，米*咋钠秆*枉l"Ⅻ小桥挑脏Ⅱ，}竹¨升析2011年*1m目2±桥有目i横Ⅲ目3

6、拱座檀型保拱座的局部应力小受边界条件的影响．根据吊维南原理，粱与实体啦几的连接界血选枉距拱鹰ID以外(D为龃面边长)。埘干钢臀混凝十～拱庵的连接“压』娈体瓣与轩系粱的连接．为r模拟墟力的传递平¨变形的连续．均使H』r罔结的接触^法．戒I·It给小r桥紧结构的主盟龇嘶参数．A为阿祝．I．、I，分别为z、，2个方向的惯性舢，K为射f转常数。从表1可见．结合箱絷各参数为确定的倩．吣辅梁各参数因截面R寸变化I面在一定的范喇内变化蚶为竖吊杆、斜吊杆系杆横撑，斜撑等柑件E要为受压(拉)构件．敞这蝗构件的惯性矩和{Ⅱ转性矩时整个桥梁结构的受力影响均不考虑。结构枉成桥状卷的应力根据^杆、系杆的棚张

7、力以厦结构n啦等计算得到，裹1豫i#性●％《m”*目¨*fF■”#"川泶竹』L{；l拟的钢骱濉凝I：m肋．忽略钢钎埘核心混凝十的宴箍作川，r【接将拱腑简化为睁i匝钢筋滟凝1：桨拱肋N*JL,肋的刚度I：进行折碱．劲性骨架拱肋的含钢率较高，弹性、卿性性能都强于钢筋混凝土结构．所以拱肋的刚度果m式(”、式(2)公式进行等效3换掉。刖=E。^。+C，A。(I)El=E．1，+E?I，(2、式cp：肌、剧为拱肋全截断的扎仲和弯Im刚艇；t、t为目{箭和{M凝上的弹性授耻；^。