大跨径中承式钢管砼拱桥设计-论文.pdf

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1、公路与汽运158Highways&AutomotiveApplications总第162期大跨径中承式钢管砼拱桥设计徐义军，杨胜，邓娟(中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉430071)摘要：清江特大桥设计方案为410m跨径中承式钢管砼提篮拱桥，矢跨比为1／4．08，桥面宽度12m，宽跨比仅为1／35，全桥稳定为该方案的重点。文中介绍了该桥主拱肋构造和主拱圈参数优选，对设计方案进行了使用阶段静力分析及一类稳定验算。关键词：桥梁；钢管砼拱桥；主拱肋；主拱圈；稳定验算中图分类号：U442．5文献标志码：A文章编号：1671—2668(2014)03一O158一

2、O4拱桥以其承载能力大、塑性和韧性好、施工简拱肋为等宽变高度矩形截面的钢管砼桁架结构，拱便、工期短等优点而成为陡峡谷地带竞争力较强的肋截面宽4．0m，拱顶截面高度为6．0m，拱脚截面桥梁形式，国内外有很多成功的例子。但是由于当高度为12．0m。拱顶截面见图2。前客观存在对钢管砼拱桥设计计算理论研究不足以及钢管砼拱桥设计规范与施工规范缺失，给钢管砼拱桥的设计带来不便。1工程概况清江特大桥位于水布垭水库库区内，距水布垭大坝约1．8km。桥位处河谷深切，地形上构成V形峡谷，起点长岭岸坡度约5O。，终点泗淌岸上缓下陡，水面以上坡度约40。中承式钢管砼提篮拱桥为初步设计阶段

3、3种方图2拱顶截面(单位：cm)案之一，桥位处基础承载力较高，采用推力式拱桥，3主拱圈参数优选拱桥净跨径为410m，两侧引桥分别为2×25m和3×25m预应力砼简支T梁，桥梁全长580ril。中在跨径和矢高确定的情况下，合理的拱轴系数承式钢管砼拱桥方案效果见图1。能改善拱肋受力情况，对于实体截面能减小拱脚弯矩，对于格构式杆件能调整上下弦杆轴力差，使全桥拱肋弦杆应力及承载能力相对较均匀、合理。在进行拱轴系数比选时采用平面模型，平面模型的对象为一片拱肋，将拱上立柱及吊杆节点处的恒载考虑横向分布后作用于拱肋相应节点处。在本阶段，分别选取截面中心拱轴系数一1．3、1．4、

4、1．5、1．6、1．7、1．8、2建立平面模型进行分析计算，得到拱脚、1／8L、2／8L、3／8L和拱顶上下弦杆轴力图1中承式钢管砼拱桥方案效果图及轴力差(见图3、图4)。由以上拱肋中心拱轴系数与拱肋弦杆轴力差变2主拱肋构造化曲线可知，当m取1．75时，拱肋各控制截面处的拱肋采用空间变截面桁架式钢管砼组合体系，上下弦杆轴力差相对较小。通过以上优化分析，拱拱脚净跨度为410m，矢高为100．48m，矢跨比为肋中心拱轴系数拟定为1．75，此时下弦杆拱轴系1／4．08，拱轴系数为1．5，拱肋内倾5。形成提篮拱。数为1．5。2014年第3期徐义军，等：大跨径中承式钢管砼拱

5、桥设计1595使用阶段静力分析Z642O8642+拱脚使用阶段静力分析采用容许应力法和极限状态咖咖咖咖咖o118L暴+2，8L设计法双项控制。腹杆、平联杆、风撑使用阶段各组13，8k*拱顶合均不受控制，控制设计的为上下弦杆。5．1容许应力法容许应力法组合如下(组合系数均为1)：组合1为恒载+基础变位+收缩徐变；组合2为恒载+基中心拱轴系数m础变位+收缩徐变+活载；组合3为恒载+基础变图3上下弦杆的轴力差位+收缩徐变+活载+整体温度包络+风荷载。弦杆钢管使用阶段各组合应力见图6，其中Z65单元为跨中拱顶，1和131单元为两侧拱脚。+拱脚118￡恒活载作用下上下弦杆钢

6、管应力均在200MPa以暴+2，乩七内，温度及风荷载对拱脚位置的下弦杆影响较大，该1一3，8L艇*拱顶组合下最大应力亦小于250MPa，满足JTJ025—86-80—100中心拱轴系数m-120粪一140一l6o一18OZI+拱脚-200l21416l81101121—1，8Ll13151719ll11l3l暴+2，8L越—△一318L模型单元号k*拱顶(a)运营10年钢管恒载应力一l0o-150中心拱轴系数m皇图4上下弦杆轴力—2oo4计算模型-250l2l4161811011211l3l5l719ll11131采用桥梁结构分析软件MIDAS／Civ订2012进

7、模型单元号行计算，采用空间模型，主拱拱肋弦杆、横梁、加劲纵(b)钢管最大应力(恒载+活载组合)梁、砼桥面板、风撑、拱上立柱、拱肋上横缀管、直腹杆、斜腹杆采用空间梁单元模拟，吊杆采用桁架单元—1oo模拟，拱座处各弦杆采用刚臂单元连接。空间计算一150主桥三维模型见图5。一20O-250l2l416181101121l13151719l1l1l3l模型单元号(c)钢管最大应力(恒载+活载+温度+风荷载组合)图5主桥三维模型图6弦杆钢管使用阶段各组合应力160公路与汽运2014年5月规范的要求。案中弦杆为主要受力构件。因此，对弦杆采用相关管内砼使用阶段各组合应力见图7，

8、其中65规