预应力斜腿刚架拱桥的设计与分析.pdf

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1、第38卷第4期武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Vo1．38NO．42014年8月JournalofWuhanUniversityofTechnologyAug．2O14(TransportationScience＆Engineering)预应力斜腿刚架拱桥的设计与分析*刘遮杨明福屠科彪宁晓骏(昆明理工大学土木工程学院昆明650500)摘要：普通坦拱桥的拱脚处水平推力很大，需要采用多种工程措施进行处理．而采用预应力斜腿刚架拱的坦拱桥就可以有效的解决这一问题．通过建立有无斜腿、斜腿中有无预应力束、不同形式的拱上立柱等模型，并且考虑桩一土作用的影响进行结构分析．研究表明预应

2、力斜腿刚架拱可以有效的减小水平推力、水平位移，而且还可以提高拱桥的整体刚度．关键词：坦拱桥；预应力斜腿刚架拱；水平推力；水平位移；刚度中图法分类号：U448．22doi：10．3963／j．issn．2095—3844．2O14．04．0500引言工程实例及有限元模型随着城市建设的飞速发展，人们对周围景观1．1工程概况的要求也越来越高．城市桥梁不但要安全、舒适，该桥为单跨上承式拱桥，计算跨径32．99m，而且要求美观大方，而拱桥线条流畅、造型优美，计算矢高4．423m，矢跨比为1／8，桥宽25m．横因此被广泛应用在城市的桥梁建设之中．但由于向采用5片拱肋，各拱肋间距3m，

3、拱肋底宽2．5m，自身的特点，拱脚处水平推力很大又限制了该类拱肋之间顶板200mm，设置500mm×300mm拱桥的发展和应用．为此研究人员提供了不少方的倒角，跨中粱高700mm．两端采用斜腿刚架拱案，如竖桩加斜桩、2桥台之间设置纵向拉杆结构，水平纵梁结构高度为500mm，斜腿厚度为等口]．其中竖桩加斜桩设计方案不仅施工困难，而1．6m，拱轴线按圆曲线变化，结构厚度600mm．且下部结构造价相对比较高；在如2桥台之间设刚架拱内设置400mm的斜立柱，斜立柱间距置纵向拉杆方案，对于有通航要求的河道来说如600mm，斜立柱与上部水平纵梁和拱肋倒i00mm果处理不好将影响通航，

4、并且所用拉杆防护措施圆角．梁体纵坡采用2．5，横向采用1．59／6的双处理不当也将影响其使用寿命．向坡，并在路中心线处设置20mm路拱．下部结由广州市市政设计研究院设计的位于昆明市构采用，承台尺寸为6．25mX2．9m×2．0m，承盘龙江上的巨龙桥，其结构形式为拱桥，该拱桥矢台之间设置1m×2m的系梁连接．每个承台下跨比为1／8，为坦拱桥．该桥设计成预应力斜腿刚设置2根直径1．5m钻孑L灌注桩，全桥共20根．架拱的结构形式，可以有效的减小水平推力和水设计荷载等级为公路一I级，桥梁立面布置见图平位移，提高整体刚度，解决了利用增强下部结构1，桥梁剖面图见图2．来承担巨大水平推

5、力的问题L2]．以该桥为工程背1．2有限元建模景，进行预应力斜腿刚架拱结构设计原理的研究采用midascivil软件建立该桥的三维空间有与分析．限元模型，见图3(图中只显示采用梁格部分)．由收稿日期：2014-04—02刘遮(1989一)：男，硕士生，主要研究领域为桥梁设计与研究*国家自然科学基金项目(批准号：51068012)、云南省自然科学基金项目(批准号：2009CD034)资助·93O·武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2014年第38卷于该桥宽跨比比较大，为了能充分反映结构的空拟横梁的宽度为桥梁总跨度平分到各个节点的宽间受力状态，把斜腿和纵梁采用梁格法l3进行

6、模度值，其值为1171mm，厚度取纵梁两侧悬臂板拟，与5片拱肋一一对应．该桥为钢筋混凝土结横向正中间的厚度，其值为225mm．构，各单元都采用空间梁单元．全桥结构的边界条2．2斜腿对结构受力的影响件为：两侧桩基分别模拟桩，并考虑固结和用土弹该桥为预应力斜腿刚架拱桥，其结构形式同簧模拟桩周土抗力的影响；桩与承台的连接用时吸取了斜腿刚构和拱式结构的特点．刚性连接进行模拟；拱圈和斜立柱、斜立柱和纵梁在受力性能上，也同时具有刚架和拱式结构的连接分别用弹性连接(刚性)进行模拟．的特点．预应力斜腿、纵梁和斜立柱组成拱上建筑，并和拱圈固结成整体结构，共同受力抵抗外荷载．而其中预应力斜腿

7、又是一核心构件，斜腿形心轴线底部和拱轴线在拱脚处相交于一点．此处通过静力分析，可以发现，斜腿底部产生的水平推力可以平衡很大部分由拱脚处产生的水平推力，见图1桥型立面布置图(单位：cm)图4．而普通上承式拱桥端部竖立柱就不能产生1／2—2500I／2B·B水平推力，见图5．昌图2桥型剖面图(单位：cm)图4预应力斜腿图3桥梁有限元模型网5端立柱2预应力斜腿刚架拱桥的计算与分析通过有无斜腿的有限元模型进行结构的受力分析来表明这一点．由桥面板的横向分布作用可2．1计算方法的选用知，5片拱肋的受力大小是不尽相同的，因此选择如前所述，该