斜拉拱桥平面内非线性稳定性研究.pdf

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1、四川建筑科学研究第39卷第6期SichuanBuildingScience2013年12月斜拉拱桥平面内非线性稳定性研究严晓新，陆伟，杨亚彬，曹璐，赵良华(1．华北水利水电大学土木与交通学院，河南郑州450011；2．武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430023；3．郑州市建筑设计院，河南郑州450052)摘要：斜拉拱桥是一种新型的拱桥结构形式，它有机结合了拱桥和斜拉桥的特点。对于斜拉拱桥而言，稳定性问题是设计施工中的重要环节。本文通过对斜拉拱桥的分析，研究了不同边界条件、荷载工况下斜拉拱桥面内非线性稳定性，讨论了斜拉索参数对斜拉拱面内稳定性的影响。关键词：斜拉拱桥；斜拉

2、索；稳定性；有限元中图分类号：U441文献标志码：B文章编号：1008—1933(2013)06—066—040引言1斜拉拱桥面内的非线性稳定性分析斜拉拱桥是一种新型拱桥结构形式，具有自重小、跨度大、承载力高、变形小等优点。但是，在半跨本文采用ANSYS软件进行数值计算，pipel6单荷载作用下拱的变形较大，容易发生失稳，承载力会元模拟拱肋，linkl0单元模拟斜拉索，beam188单元有较大的下降。且在全跨荷载作用时，拱脚的水平模拟桥面系。对如图1和图2所示的裸拱和斜拉裸推力很大，是拱结构的一个很大问题，因此建筑上出拱的平面模型进行极限承载力分析，不考虑矢跨比现了索一拱杂交结构，索

3、的单拉性在加载过程中发挥的影响，拱的矢高为16m，拱肋为空心钢管，面内抗着特殊的作用，通过与拱共同工作，会改变拱的变形弩陨性矩为0．014125，斜拉裸拱每半边布置3根拉及受力特点⋯。国内外许多结构中应用索一拱杂交索，拉索按四分点对称布置。三种荷载工况分别为结构，比如上海的浦东机场、日本的关西机场、英国满跨竖直均布荷载10kN／m、半跨竖直均布荷载10的一些图书馆和展览馆等J。对于建筑上索一拱结kN／m和跨中集中荷载400kN。构的面内稳定性，在国内已有较为成熟的研究，王江应用有限单元法对索一拱杂交结构平面内线性[E[][=二]二]卫稳定性进行了研究，剧锦三、胡淑辉、王江_4应用非线

4、性有限单元法研究了索对索一拱杂交结构平面内非线性稳定性的影响，丁建国对集中荷载作用下的索一拱体系弹性稳定性进行了理论推导，杨晓图1裸拱平面模型明针对6种常见的建筑索一拱结构分析了索对索一拱结构面内稳定性的作用。斜拉拱桥是一种不同于建筑索一拱、将预应力索张拉于拱外部的杂交拱式体系，由于斜拉拱桥出现较晚，对这种体系平面内稳定性的研究较少。本文对不同边界条件、荷载工况下斜拉拱桥面内非线性稳定性进行了分析，讨论了斜拉索参数对斜拉拱面内稳定性的影响。图2斜拉裸拱平面模型计算结果见表1和如图3～6所示，从表和图中收稿日期：2o125．31作者简介：严晓新(1960一)，女，北京人，副教授，硕士生

5、导师，主要可以看出以下几点。从事土工程研究oE1)半跨均布荷载作用下，斜拉裸拱相对于裸拱一mail!yanxiaoxin@⋯ncwu，．edu．cn／l．了，rJl。IHJ：f～lr，lJl，月I且JJ、lu，’JJIf、严晓新，等：斜拉拱桥平面内非线性稳定性研究67在铰支、固支边界条件下极限承载力分别提高了330．1％、266．O％，拉索极大提高了拱在半跨均布荷载作用下的极限承载力。对于铰支边界条件，斜拉裸拱破坏始于拱脚4m处，而裸拱破坏始于拱脚12m处，这是由于拉索的弹性支撑作用，使得斜拉裸拱的破坏过程可以看作是在拱脚和弹性支撑之间拱的破坏。2)全跨均布荷载作用下，斜拉裸拱相对于

6、裸拱在铰支、固支边界条件下极限承载力分别提高了35．6％、27．7％。全跨荷载作用下拱的竖向位移由图5裸拱全跨固支荷载一位移曲线半跨荷载作用时两个半波的反对称曲线变成3个半波的对称曲线，因此裸拱最先开始屈服的位置向拱脚靠近，而对于斜拉裸拱而言，由于拉索弹性支撑的作用下，拱最开始屈服的位置不变。表1不同荷载、边界下拱的极限承载力裸拱斜拉裸拱＼模型铰支固支铰支固支＼极限破坏极限破坏极限破坏极限破坏荷载工＼荷载位置荷载位置荷载位置荷载位置半跨均布荷载52．11290．20224．14330．10全跨均布荷载164．68250．00222．34319．30注：表中破坏位置表示结构达到极限承载

7、力时发生材料屈服的位置，以离拱脚的距离度量，单位为m，极限荷载的单位为kN和kN／m。图6斜拉拱全跨固支荷载一位移曲线2拉索参数对斜拉拱非线性稳定性影响分析2．1斜拉索在拱上位置的影响为了研究斜拉索张拉于拱的不同位置时拱的极限承载能力，必须摒除索的长度、倾角等因素的影响，和弹性稳定研究中一样，在拱上布置单根斜拉索，分别布置在拱的1／10L、2／10L⋯⋯9／10L、L处(为拱跨度的一半)，索在任意点张拉时长度均为图3裸拱半跨固支荷载一位移曲线20m，倾角均