刚性吊杆拱加固梁桥结构参数分析.pdf

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1、８２世界桥梁２０１７年第４５卷第６期（总第１９０期）刚性吊杆拱加固梁桥结构参数分析陈伏立（福州市规划勘测设计研究总院，福建福州３５０１０８）摘要：为研究刚性吊杆系杆拱加固梁桥结构参数对桥梁受力性能的影响，指导加固设计优化，以既有城市人行过街天桥主跨钢梁拆墩提载加固工程为背景，运用MIDASCivil软件，采用累加模型按照实际加固步骤建立加固后桥梁空间有限元模型，计算旧桥钢梁损伤度、拱肋、吊杆、内部约束条件等参数变化下，加固后桥梁结构的最大主应力、位移和自振频率等指标的变化规律，并进行对比分析。结果表明：旧桥钢梁的损伤降低了结构整体刚度；拱轴线形以二次抛物线为最优，１／５是较

2、优矢跨比，拱肋需要具备一定的刚度才能满足受力要求；吊杆刚度及其框架作用对结构整体刚度具有较大影响，对钢梁和拱肋的受力影响较小；拱脚铰接对加固后结构的受力不利。关键词：梁桥；刚性吊杆；系杆拱；结构参数；主应力；位移；自振频率；桥梁加固；有限元法中图分类号：U４４８．２１；U４４８．２２；U４４５．７２文献标志码：A文章编号：１６７１－７７６７（２０１７）０６－００８２－０５1引言系杆拱桥为三元结构体系，在既有连续钢梁桥上增设钢吊杆和拱肋，与旧桥钢主梁组成系杆拱桥结构，可以达到拆墩、提载的加固目的。相比柔性吊杆，刚性吊杆具有施工方便、系杆承受活载较小、整［１］体稳定性好等优点。

3、目前，关于系杆拱桥结构受力性能分析已有一些图1旧桥主梁横截面示意［２-６］［２］因桥下道路拓宽，需拆除天桥主跨中间桥墩。研究。刘春凤等以矢跨比、梁拱刚度比、拱肋横向联结系的设置、吊杆布置形式及桥面系为参数，若直接拆除中间桥墩将主跨由３跨连续梁变为１跨研究了新建钢系杆拱结构受力性能与参数的关系；简支梁，则其最大主应力达４４６MPa，远超A３钢弯［３］曲容许应力，因此需对天桥主跨钢箱梁进行提载加王頠等研究了主拱含钢率、矢跨比等参数对钢管混凝土柔性吊杆系杆拱桥动力特性的影响。但现有固后，才能拆除中间桥墩。文献对柔性吊杆系杆拱桥的研究较多，刚性吊杆的较钢桥结构加固的主要方法有：加大

4、截面法或粘少，对新建桥梁结构的研究较多，加固改造的较少，对贴碳纤维复合材料、加大连接强度、增设体外预应刚性吊杆系杆拱加固梁桥结构性能的研究更加有限。力、改变结构受力体系、减轻荷载及阻止裂纹扩展等［８］鉴于此，本文以既有城市人行过街天桥主跨钢梁拆墩方法。该桥若采用加大截面高度的加固方案，则提载加固工程为背景，采用有限元法研究刚性吊杆系不能满足桥下净空要求或使主跨桥面高于梯坡道而杆拱加固既有钢梁桥时，旧桥钢梁损伤度、拱肋、吊无法衔接；若采用拆除主跨钢梁就近重建的方案则杆、内部约束条件等参数对桥梁受力性能的影响。需同步拆除、重建部分天桥梯道，造价较高。经研究，该桥采用刚性吊杆拱结

5、构加固既有天桥主跨钢2工程概况箱梁方案，即在既有天桥上增加Q２３５钢制作的刚［７］某城区既有人行过街天桥于１９９１年竣工。性吊杆和拱肋，与旧钢箱梁焊接形成系杆拱结构共桥梁上部主跨采用A３材质钢箱梁（见图１），钢箱梁同受力。该方案既满足使用功能要求，又符合城市净宽４m，跨径组合为（８＋１５＋８）m，梁高０．６m，景观要求，同时保留了旧天桥梯道，且对现状交通影设计人群荷载３．５kPa。响较小，是较为经济合理的方案。收稿日期：２０１７－０５－２３作者简介：陈伏立（１９７４－），男，高级工程师，１９９９年毕业于同济大学工民建专业，工学学士，２００３年毕业于福州大学结构工程专业，工学

6、硕士（E-mail：７４１４１６９６９＠qq．com）。刚性吊杆拱加固梁桥结构参数分析陈伏立８３mm、４００mm×４００mm×１２mm；拱肋和吊杆约束3计算模型均取固结、铰接２种，吊杆预压力分无预压力、预压采用MIDASCivil程序建模时，拱肋、吊杆、系力２００kN。当分析某参数时，其它参数不变。杆以及旧桥钢梁均采用空间梁单元模拟，用累加模型按照实际加固步骤先建立旧桥连续梁模型，再拆4参数分析和结果除旧桥铺装层、安装吊杆、安装拱肋，最后拆除桥墩4．1旧桥钢梁损伤度并恢复桥面铺装，形成系杆拱桥模型。通过这些步由于旧桥钢梁处于弹性工作状态，因此其损伤骤的模拟考虑旧桥钢梁的应力

7、历史，以及新增钢吊度中可忽略钢材蠕变和时效硬化的影响。在计算模杆与拱肋的应变滞后影响。通过定义不同的材料来型中用旧桥钢梁的刚度折减率来反映其损伤度，同考虑新、旧材料的性能差异，暂不考虑旧桥钢梁的损时将旧桥钢梁的刚度和容许应力进行降低。旧桥钢伤影响。加固后桥梁基础模型（见图２）共１４４个单梁刚度折减０％、５％及１０％情况下结构的计算结果元、１４７个节点。其中拱轴曲线为二次抛物线，拱如表１所示。肋、吊杆和旧桥主梁间均为固结，钢箱截面拱肋尺寸表1不同旧桥钢梁损伤度下结构的计算结果为b×h×t＝６００mm×４００mm×２０