双曲拱桥拱上建筑联合作用的研究

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1、2010年3月第3期城市道桥与防洪科技研究123双曲拱桥拱上建筑联合作用的研究于天来，于海波(东北林业大学，黑龙江哈尔滨150040)摘要：双曲拱桥拱上建筑结构在一定程度上要参与拱圈受力，在以往设计这类拱桥时，限于计算手段，未做空间结构分析。对于在役的双曲拱桥，为客观评定其实际承载能力，合理计算拱上建筑的联合作用，具有现实意义。该文以拉林河双曲拱桥为依托，应用MIDAS有限元分析软件，采用梁格法建立了双曲拱桥的空间计算模型，分析了在拱桥矢跨比、腹拱矢跨比一定的条件下，腹拱圈刚度、立柱刚度以及拱圈截面纵桥向的位置对联合作用的影响。关键词：双曲拱桥；拱上建筑联合作用；梁

2、格法；内力折减中图分类号：U448．221文献标识码：A文章编号：1009—7716(2010)03—0123—04用跨径为1．70m的空腹拱及钢筋混凝土框架立0前言柱，腹拱矢跨比1，6，混凝土标号为C18。该桥处于双曲拱桥始于我国上世纪六十年代，一般为溜冰河段，下部结构采用重力墩台。空腹式拱桥，多采用拱式腹拱。对于拱式腹拱的拱桥，拱上建筑结构在一定程度上要参与拱圈受力，这种拱上建筑的联合作用受腹拱的矢跨比、拱圈与腹拱的相对刚度、拱圈与立柱的相对刚度、主拱的矢跨比、拱圈截面纵桥向的位置等因素的影响。在以往设计这类拱桥时，限于计算手段，未做空间(a)边肋(b)中肋结构

3、分析。而从计算方便的角度出发，在计算活图1主拱圈断面图(单位：mm)载效应时，先不考虑拱上建筑的联合作用，按裸拱计算，然后按文献[1】的方法对裸拱的活载内力1．2空间有限元模型进行折减，以此来考虑拱上建筑的联合作用。对本文应用MIDAS有限元分析软件，采用梁格拱上建筑联合作用的计算，目前还没有精确的计法，在弹性理论范围内，建立了双曲拱桥空间模算方法。对于在役的双曲拱桥，为客观评定其实型。际承载能力，合理计算拱上建筑的联合作用，具主拱圈用5根纵向曲梁来模拟，见图2；5根有现实意义。纵向曲梁间以横梁连接，横梁的横向抗弯刚度和本文以拉林河双曲拱桥为依托，应用MIDAS抗扭

4、刚度根据拱板、拱波和横系梁的横向抗弯刚有限元分析软件，采用梁格法建立了双曲拱桥的度和抗扭刚度确定；立柱用梁单元模拟；侧墙、实空间计算模型，分析了在拱桥矢跨比、腹拱矢跨比腹段填料及桥面铺装厚度仅作为附加恒载计人。一定的条件下，腹拱圈刚度、立柱刚度以及拱圈截拱脚按固结边界条件考虑，故可按固定拱计算，计面纵桥向的位置对联合作用的影响。算模型见图3。1有限元建模及模型的有效性1．1工程概况拉林河大桥建于1973年，为等截面悬链线空①②③④⑤腹式双曲拱桥。全桥为l4孔双曲拱桥，每孔净跨图2主拱圈纵向梁格划分示意图径为29．49m；桥面净宽为7m，设计荷载为汽车一20级。主拱矢

5、跨比为1／8，拱轴系数为m=2．24；主拱圈的截面尺寸见图1。拱肋混凝土标号为C23，拱板和拱波混凝土标号为C18。拱上建筑采收稿日期：2009—11—o9作者简介：于天来(1965一)，男，吉林人，教授，从事桥梁工程教学工作。图3有限元模型124科技研究城市道桥与防洪2010年3月第3期1．3模型的有效性P‘二Jp‘‘P‘：——B2=10一B2=20⋯’‘132=30———为验证计算模型的正确性，将理论计算结果。。‘。132=4o。’一[32=50—————与实测结果进行了对比分析，分析结果见表1。冬怠一、表1各工况拱顶断面挠度计算值与实测值的比较表；V嘲．-‘1

6、．1●f●l_●_，_●●l●l_l_●●lr'_●1l●●_-_●_●●_1●●1●_f01／8L1／4L3，8Ll，2L图4立柱刚度对活载最大正弯矩的折减·一’’。。‘’2=1一一一。2=2一。。一‘p2=4一——82=10—132=20⋯·。132=30_一一B2=40—132=50——．．，：三；．；一—●l_●'I●I_●，●r-_I●1I●●I●●_●，I_●_l_Ir●●l●1●●●I●0l，8L1，4L3，8LlL表1中，试验荷载为汽车一20；理论计算时，图5立柱刚度对活载最小负弯矩的折减车辆荷载的位置与试验荷载的位置相同。●—一——一0O：——13

7、2=10——B2=20一·一··132=30OO00Ol1OO00Oll000111102————对比分析结果表明，模型计算结果与实测结————132=40----一132=50————O2468O2加舳∞m加果吻合较好，说明有限元模型是有效性的。。--．--，-_I一---—^_、。●‘’’。’●’。’●J’’’’’’’’●’●’r。--’-’⋯⋯’2拱上建筑联合作用的分析在以下的分析中，活载取公路一II级汽车荷载，令。=E，12，2，32=E，。，E3，3，其中，E。，。一E分别1／8T1／41．3／gT1，2I为主拱圈、腹拱及立柱刚度。将公路一II级荷载作