空腹式无铰拱桥内力分析方法探讨.pdf

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1、第4期(总第160期)中国彳丛暑张No．4(se怕IN。160)2012年8月CHINAMUNICIPALENGINEERINGAug．2012●—————●———■—————■——●—■————■————一IIII●●—————●DOI：10．3969／j．issn．1004—4655．2012．04．007空腹式无铰拱桥内力分析方法探讨张兴其(合肥市市政设计院有限公司，安徽合肥230041)摘要：空腹式无铰拱桥因其拱上建筑的联合作用，其受力情况变得较为复杂。以一跨径为30m的拱桥为例，通过对梁格法模型、单梁法模型及裸拱模型分析拱桥的内力分布特性，在分析比较的基础上

2、，为设计提供方便快捷的计算方法。关键词：空腹式无铰拱桥；梁格法；单粱法；裸拱法；内力分析；有限单元法中图分类号：0448．22．0．1文献标志码：A文章螭号；1004—465512012)04-0020-021研究背景及力学模型的建立空腹式拱桥作为桥梁结构的一种形式，尤其是拱式结构的拱桥，由连拱式的拱上建筑与大跨度主拱圈形成优美的造型，在城市建设已广泛采用。但由于拱式结构与主拱圈的联合作用，所以使结构的受力情况变得较为复杂。本工程实例为净跨径为30m的拱桥，矢跨比为1：5，矢高为6m。主拱圈采用钢筋混凝土上承式板拱，拱圈厚度为0．8m，拱轴线采用圆曲线，半径为22．1

3、48m。拱上拱式结构为钢筋混凝土三连拱，净跨为2．5m，矢高为0．5Ill。桥面宽度为17m，双向4车道，车行道宽度为15Ill，两侧各1In宽绿化带，拱顶填料厚度根据道路纵断面设计需要左低右高。设计荷载为城一A级。拱桥立面见图1。a253110．4125,图1拱桥立面图(cm)以有限元分析软件MIDAS为基础，分别建立梁格法模型、单梁法模型及裸拱模型进行分析。梁格法模型采用17片梁组成主拱，单片梁宽为1m，横向设置无自重的横向联系梁。梁格法模型见图2。单梁法模型采用单片梁组成主拱，梁宽为17m。单梁法模型见图3。裸拱模型以主拱作为分析对象，拱上建筑作为收稿日期：20

4、12—05一16作者简介：张兴其(1979一)，男，工程师，硕士，主要从事桥梁结，构设计工作。20荷载考虑不建入模型中。图2梁格法模型图3单粱法模型2拱桥内力分析选取拱脚A、1／8跨径、1／4跨径、跨中、3／4跨径、7／8跨径、拱脚B处的弯矩计算成果(分别计为MA、M1／8、M1／4、Jjlfl／2、M3／4、死t7／8、MB)进行分析。单梁法及裸拱计算成果均按单宽弯矩进行了处理。2．1恒载作用下内力分析由主拱圈、拱上建筑及拱上填料等恒载作用下内力计算结果见表1(表中百分值为单梁法、裸拱法与梁格法数值偏差，以下同)。单梁法计算结果与梁格法完全一致，裸拱计算结果与梁格法

5、出现较大偏差，在跨中I／4跨一3／4跨范围内偏差显著。表1恒载作用下内力计算结果kN·m建模方法尬4J】IfI／8Ml／4Ml／2M3，4旧，sMB梁格法68．7—41．1—20．4—35．697．5—38．6一182．568．7—41．1—20．4—35．697．5～38．6—182．5单梁法±0．0％±O．O％±0．0％士O．0％±0．O％71．4—42．1—16．1—41．2112．5—35．9—187．7裸拱+3．9％+2．4％一21．I％+15．7％+15．4％一7％+2．8％中国亏丛z铝张兴其：空腹式无铰拱桥内力分析方法探讨2012年第4期2．2温度作用下

6、内力分析按升温25k考虑，升温作用下内力计算结果见表2。单梁法计算结果与梁格法完全一致，裸拱计算结果与粱格法出现较大偏差，仅拱脚、拱顶位置偏差较小。表2升温作用下内力计算结果kN·m建模方法删肘l／8M1／4肘l／2胴／4^f7／8MB梁格法380．499．9—3I．9—195．4—31．999．9380．499．9—31．9一195．4—31．999．9380．4单粱法±0．O％±0．0％±0．O％±0．0％±0．O％±O．0％368．6125．7—51．6一189．9—51．6125．7368．6裸拱—3．I％+25．8％+6J．8％一2．8％+61．8％+25．

7、8％一3．1％2．3汽车荷载作用下内力分析梁格法可方便灵活地加载汽车荷载，在横向联系梁按横向最不利分布进行车道加载，最多加载车道数为4个。单梁法及裸拱模型在主拱单元上直接按4个车道进行加载，并进行车道折减。由汽车荷载作用下内力计算结果最大、最小值分别见表3、表4。表3汽车荷载作用下内力计算结果^k。kN·m建模方法d舶冉引／8冉妇／4Ml／2鹏／4M，，8M8梁格法109．343．583．4133．782．442．9llO．O94．222．671．978．871．922．694．2单粱法一13．8％一48．O％一13．8％一4l，l％一12．7％一4