某钢管混凝土拱桥合理成桥状态的确定.pdf

低温建筑技术 2 0 1 3 年第 l l 期( 总第 1 8 5 期) 某钢管混凝土拱桥合理成桥状态的确定 张立敏 ( 吉林省交通规划设计院。 长春1 3 0 0 2 1 ) 【 摘要】 在钢管拱桥的设计中， 桥梁的合理成桥状态的确定是设计的首要任务 。合理成桥状态确定是静 力分析的首要环节。本文采用有限元软件 M i d a s C i v i l 建立其有限元模型， 并利用斜拉桥的索力理论及调整方法。 通过比较确定了吊杆拱桥的合理成桥状态的方法 一 刚性吊杆法的结论。 【 关键词】 钢管拱； 合理成桥状态； 吊杆的张拉力 【 中图分类号】 T U 3 9 2 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 l 1 1 一 O O 6 6 0 2 国内关于钢管混凝土拱桥的设计 ， 还缺乏相关规 范。其分析理论、 设计方法还需在实践中验证 、 不断完 善、 推广。特别是在其成桥确定时 ， 影响因素多， 目前 的设计方法、 理论还需深人地探讨。 1 钢管混凝土拱桥设计方案确定 经过技术、 经济等方面比较， 本桥采用钢管混凝土 提篮拱桥 一中承式 ， 并对其进行结构设计、 分析计算。 采用 4 5 m主拱圈跨径， 主梁跨径为， 6 5 m等截面钢箱。 2 吊杆拱桥合理成桥状态的确定 2 1 合理成桥状态确定方法 ( 1 ) 采用最小弯曲能量法得到的杆张拉力。本 方法以主梁为对象， 以梁的内力值为 目标来确定成桥 状态。其原理为： 将吊杆与梁的相接位置转变为对梁 的刚性支承， 计算梁受恒载时的弯矩值。并将所得弯 矩值作为基准 ， 用拉力替换杆的张拉力 ， 建立平衡方 程， 计算梁的弯矩， 公式见参考文献u 。 针对某高速钢管混凝土拱桥的设计 ， 采用有限元 软件 Mi d a s C i v i l 建立其有限元模型， 如图 1 所示。 图1钢管拱有限元模型 两面对称布置吊杆， 每一面采用 9根杆。移去 杆， 将杆与梁相接处转为刚性支承， 计算梁在恒载作用 下的弯矩值。建立相关平衡方程， 得到杆的张拉力值 ， 结果见表 1 。 ( 2 ) 采用刚性支撑连续梁法得到的杆张拉力。 本方法以相接处的位移值为目标。假定吊杆与梁相接 处的位移是 0 。在成桥的状态下移去杆， 杆与梁相接 处用刚性支承， 形成刚性的支撑体系。计算 内力。采 用力法的原理， 求得恒载的情况下的反九， 公式见参考 文献 3 、 4 。 根据有限元模型， 去除杆， 杆与梁相接处形成刚性 支承， 得到恒载条件下的支承反力 ， 为杆的张拉力， 见 表 1 。 ( 3 ) 采用刚性吊杆法得到的杆张拉力。其原理 是增大吊杆的轴 向刚度( 将杆弹性模量设为较 大量 级) ， 做成刚性的杆。假定杆不变形， 其线形符合要 求。由有 限元 计 算 方 法 得 到， 公 式 见 参 考 文 献 5 、 6 。 由有限元模型， 杆与梁相接处的位移值见下表 2 ， 求得杆的张拉力见表 1 。 表 1 杆的张拉力比较 k N 2 2 吊杆张拉力 比较 经过三种计算方法对 比， 根据以上三种方法得到 的成桥状态杆的张拉力进行比较 ， 其汇总结果见表 1 。 表2 杆与梁相接处的位移值 张立敏： 某钢管混凝土拱桥合理成桥状态的确定 6 7 吊杆 编号 刚性支撑法 一 最小弯曲能法 _刚性吊杆法 图2杆的张拉力比较 由表 1 及图2可得 出， 三种方法 中， 第一种、 第二 种方法确定的杆的张拉力不均积 ， 不适合于该桥。而 第三种刚性吊杆法确定的杆的张拉力 ， 相对较均称。 三种方法内力、 线形比较见表 3 。 表 3 成桥时的内力比较 1 5 l 05 0 -0 j l 1 5 一 附性吊杆法 一 最小弯曲能量 法 刚性支撑法 ( n )梁 的位移比较 、一 刚性吊杆法一 小弯曲能量法 刚性支撑法 ( b )拱肋的位移比较图 图3成桥的位移 比较 由以 上图3 图4比 较结果了 解到， 三种方法所得 舡 l苎 图4成桥弯矩比较 到的梁成桥内力以及拱肋最大压力基本一致。而由前 两种法拱肋弯矩相对较大， 是第三种方法的 3倍。对 拱肋的受力极为不利。 3结语 通过对三种方法比较、 计算分析。得出的结论为 ： 刚性吊杆方法更加适合于本桥合理状态的确定方法。 参考文献 颜东煌 ， 李学文， 刘光栋 用应力平衡法确定斜拉桥主梁的合 理成桥状态 J 中国公路学报， 2 0 0 0 ， ( 3 ) ： 5 6 6 0 刘钊 基于能量法的系杆拱桥最优吊杆内力的确定 J 工 程力学， 2 O O 9 ， 2 6 ( 8 ) ： 1 6 8 1 7 2 虞建成邵容光， 王小林 系杆拱桥吊杆初始张拉力及施工控 翩 J 东南大学学报。 1 9 9 8 。 2 8 ( 3 ) ： I 1 2 一l 1 6 盛兴旺， 李松报 确定系杆拱桥吊杆力的刚性连续梁法算法 J 铁道科学与工程学报， 2 O 0 9 ， 6 ( 3 ) ： 4 2 4 6 钟轶峰， 殷学纲， 邓朝荣 基于剐性吊杆法的中( 下) 承式直吊 杆系静张力有限元分析 c 重庆： 第十二届全国结构工程 学术会议论文集， 第 l 册 2 0 0 3 刘钊， 吕志涛 竖吊杆与斜吊杆系杆拱结构的桥式研究 J 土木工程学报 ， 2 0 0 0，( 5) ： 6 36 7 收稿日期】 2 0 1 3 0 8 2 2 ( 作者简介】 张立敏( 1 9 7 7一) ， 男， 吉林九台人， 工程师， 研究 方向： 公路、 桥梁勘测设计。 一 9 柏 加 0 乏 R辑 、 J 1 J 1 J 1 J， J 1 J n 毒单 B a 旺 ， 簿