温度对大跨径钢管混凝土拱桥稳定性影响的研究.pdf
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1、2 0 1 3年第 4期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 2 9 文章 编 号 : 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 4 - 0 0 2 9 0 3 温度对大跨径钢管 混凝 土拱桥稳定性影 响的研 究 尚 军 , 李 自林 , 李 欢 , 谢 新 ( 1 天津城市建设学 院 土木工程 学院 , 天津3 0 0 3 8 4; 2 天津市海河建设发展投资有限公司 , 天津3 0 0 3 8 0 ) 摘 要 : 温度 对 大跨 径钢 管 混凝 土拱桥 稳 定性 的影 响 , 一 直 都是 土木 工程界 关心 的 问题 之 一 ,
2、 也是 研 究 的 难点和重点。本文结合一座大跨径钢管混凝土拱桥 千岛湖 南浦 大桥 工程 , 运 用大型有限元软件 MI D A S建立 了其有限元计算模型, 并通过 MI D A S设置了不同的温度 , 研究 了温度的整体升降对该桥整 体稳定性的影响。通过 比较得 出: 该桥 的整体稳定性是随着温度的整体升高而降低, 随着温度的整体下 降而提 高 的。 关键 词 : 温度拱桥稳定 性分 析稳定 安全 系数 中图分 类号 : U 4 4 8 2 2 ; U 4 4 1 文 献标识 码 : A D O I : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0
3、1 3 0 4 0 9 桥梁除了要满足强度要求 , 还要求严格控制其稳 定性 , 对于大跨径钢管混凝土拱桥而言, 这点显得尤为 重要 。拱桥 的稳定性 , 不仅要考虑恒载、 车辆荷载 的影响, 还应考虑温度的作用。在气温作用下 , 可以认 为拱结构的温度变化是均匀的; 而在 日照作用下 , 各杆 件之间, 甚至同一杆件是存在温度梯度的。本文结合 千岛湖南浦大桥工程 , 运用大型有限元软件 MI D A S建 立 了其有限元计算模 型, 研究 了温度 的升降对其稳定 性 的影 响 。 1工程背景概况 1 1工程 概述 该桥位于浙江省杭州 市淳安县旅 游胜地千 岛湖之上 , 它对 该 地 的交通
4、起 着 至关 重要 的作 用。 该 桥 的 总 跨 度 为 3 3 0 m, 净 跨 度 为 3 0 8 m, 矢 高 为 5 5 9 9 m, 桥面的净宽为 1 2 m( 包括两边 的人行道 ) , 矢跨 比为 1 5 5, 是一座 中承式钢管混凝土拱桥 。该 工程 主 要 技 术 指 标 如下 : 设 计 荷 载 , 汽一2 0级 , 挂 车 一 1 0 o ; 桥 面 净 宽 为 9 0 I n+21 5 m( 人 行 道 ) ; 地震基本烈度 度 ; 桥面纵坡 2 2 5 ( 双 向) 。桥 位所属区域 位于 中亚热 带季风 气候带 北缘 , 温 暖湿 润 , 雨 量 充 沛 , 四
5、季 分 明, 光 照 充 足 , 年 平 均 气 温 收稿 日期 : 2 0 1 2 1 1 2 6 ; 修 回日期 : 2 0 1 3 O 1 O 6 基金项目 : 天津市 自然科 学基金项 目( 1 3 J C Y B J G 1 9 6 0 0 ); 住房 和城乡建 设部研究开发 项 目( 2 0 1 2 一 K 4 2 8 ) ; 国家 自然科 学基 金项 目 ( 5 1 2 0 8 3 3 7 ) 作者简 介: 尚军 ( 1 9 6 8 一 ), 男 , 天津市人 , 副教授 , 硕士 。 1 7 o C, 1月平均气 温 5 , 极 端最低气温 一 7 6, 7 月平均气温 2 8
6、 9 c I =, 极端最高气温 4 1 8 o C f 3 - 4 3 。 1 2结构 布置 形式 该桥 的拱 肋设 计 成悬 链 线 形 式 , 拱 肋 的 轴线 系 数 是 1 1 6 7 , 拱肋的桁高为5 2 0 0 m m, 桁宽为 2 5 5 0 m i l l , 桥 两边 的两拱 肋 的外 间距 为 1 5 5 5 0 i n m。拱 肋 的 四肢 弦杆 都采 用 4 , 8 5 0 m m钢 管 , 拱肋 钢管 中间段 ( 上下 弦 ) 的厚度为 1 2 t n m, 在拱脚部位的下弦杆稍微加厚 , 钢管 的厚 度取 为 2 0 mm, 在两 者之 间 的过 渡 段壁 厚
7、取 为 l 4 m m。在 4根弦杆之间分别设置与弦杆正交 的直腹杆 和斜腹杆 , 腹杆钢管取 4, 5 2 9 m m, 钢管 的厚度取为 1 0 m m, 且在 直腹杆处安 装剪刀撑。四肢弦杆 内填充 的 都是 C 5 0混凝 土。拱 肋之 间布置 了 l 3道 双“ K” 字 钢管横撑 。其中 1道设置在拱顶处 , 剩下的 1 2道根 据拱顶的这道在两边对称布置 , 水平间距为 2 0 m, 拱 顶附 近 的 间距 较 大 , 取 2 5 m。其构 造 简 图如 图 1 所示 。 2 0 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 20 0 0 2 0 0 0 ( b ) 俯
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