祁家渡黄河大桥180m拱桥整体稳定性分析

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1、2010年3月第3期城市道桥与防洪桥梁结构55祁家渡黄河大桥180m拱桥整体稳定性分析徐亮(西北民族大学土木工程学院，甘肃兰州730030)摘要：为分析研究跨度大、宽跨比小的上承式钢管混凝土拱桥的整体稳定性，该文以甘肃主跨180m，宽跨比为1／25．7的上承式钢管混凝土拱桥为例，建立了全桥施工全过程三维有限元模型，计入几何非线性影响，详细分析了该桥成桥状态和施工过程中的横向稳定性，讨论了桥面系边界条件的处理，分析了对其结构整体稳定计算结果的影响。得出了一些有益的结论。关键词：钢管混凝土拱桥；整体稳定性；有限元分析模型中图分类号：U448．22文献标识码：A文章编号：1009—771

2、6(2010)03—0055-04荷载偏心等因素的影响，不可能出现理想受力构0引言件，也就不存在分支点失稳问题。拱桥的几何非线用作受压构件的钢管混凝土，由于钢管对混性稳定分析主要是指在荷载的作用下，拱轴线与凝土的紧箍作用，不仅使混凝土的抗压强度大大荷载压力线的偏离问题，严格地说，拱的失稳皆属提高，而且使其由脆性材料转变为塑性材料，基本于第二类失稳。第一类稳定问题虽然是基于理想性能起了质的变化。薄壁钢管的承载力取决于薄中心受压直杆提出的，但其概念清晰，计算方便，壁的局部稳定，屈服强度常得不到充分利用，用作它的临界荷载又代表第二类稳定问题的上限。所钢管混凝土时，内部存在混凝土，提高了薄

3、壁管的以无论在理论分析中还是在工程应用上都占有重局部稳定性，屈服强度可以充分利用。在钢管混凝要的地位。土构件中，两种材料能相互弥补对方的弱点，发挥1．1特征值屈曲各自的长处，因而是钢材与混凝土的最佳组合使结构临界平衡状态的方程为：用。由于拱桥是以压弯为主的结构形式，使得钢管([】+A[。])d{U}-{0}(1)混凝土这种组合材料在拱桥上的应用有着得天独这是标准代数特征值问题，而其最小特征值A，厚的条件。和相应特征矢量即为结构的屈曲安全系数和相应自我国第一座钢管混凝土拱桥——四川旺苍屈曲模态。其中，[】是单元弹性刚度矩阵，[K。]县东河桥建成以来，先后建成了主跨160m的湖北是单元

4、几何刚度矩阵，参见文献[5】。三峡黄柏河大桥、主跨313m的广西南邕江桥、主1．2压弯拱空间几何非线性稳定性分析跨360m的广东丫髻沙大桥。在已建成的钢管混凝拱的几何非线性属于弹性大变形问题。几何土拱桥中，多为下承式和中承式拱桥，直接采用钢非线性屈曲法假定材料是线性的，考虑结构的梁管混凝土肋拱的上承式拱桥尚不多见。在建的甘柱效应及大位移效应，通过增量和迭代相结合的肃刘家峡祁家渡黄河大桥优先选用钢管混凝土肋方法求解失稳临界荷载。拱桥结构的非线性平衡拱的上承式拱桥方案，在桥梁跨度和宽跨比方面方程为：有了一定的突破，因此有必要对其施工过程和成([K。]+[】+[J){U}_(F}(2)桥

5、状态下的整体稳定性作进一步的研究。式(2)中，【]为小位移弹性刚度矩阵；[K]1基本理论为大位移矩阵；[K]为初应力矩阵；{U)为节点位移；f用为等效节点荷载；[KJ、[j是{}的函数。结构或构件由于平衡型式的不稳定性，从初始平衡位置转变到另一平衡位置，称为屈曲或失假定荷载从零开始，按某种增量形式逐步增大到A{，使{}开始发散时的A{毋即为拱桥稳定极限稳。对于理想中心受压直杆，直线平衡失稳时，将存在轴向受压和压弯两种不同受力性质的平衡状承载力。通常将非线性方程组写成如下形式：态的可能，即发生平衡路径分枝，称为第一类稳定[K()]{}一A{F}=0(3)问题。对于工程中的实际问题，由

6、于制造误差等及式(3)中：A为荷载系数，把给定荷载分为m个荷载增量I~0：0=A0

7、承载力在开始发散的荷载和在此前一级已收敛的荷载之间。—＼／238l^n2382工程概况及稳定性分析I。一IC02．1工程概况祁家渡黄河大桥位于刘家峡水电站大坝上游上弦管J_一600×10mm约4．2km处，河流深切基岩达180m，现水库淤积r"-一700×i．．，亏．．．．约70m。两岸岸坡陡峭，为典型“v”形沟谷，地质，．’．，．／N。’条件良好。325×主桥为净跨180m的无铰推力拱，矢跨比1／5，L．⋯‘I．。．＼。：广：拱圈采用等截面悬链线拱，拱轴系数m=1．