鐵路連續(xù)梁拱組合橋合理矢跨比研究

(承德石油高等?？茖W(xué)校 建筑工程系 河北 承德 067000)

鐵路連續(xù)梁拱組合橋合理矢跨比研究

唐立新 陳淑賢 曹麗萍 范有靖 張?zhí)煨?/p>

(承德石油高等?？茖W(xué)校 建筑工程系 河北 承德 067000)

矢跨比是梁拱組合橋的重要特征參數(shù)，對結(jié)構(gòu)的受力性能具有顯著影響，設(shè)計(jì)時應(yīng)合理選取。本文以某大橋?yàn)楸尘?，分析矢跨比對結(jié)構(gòu)內(nèi)力、及穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：當(dāng)矢跨比為1/4時，拱腳的彎矩最小，向兩側(cè)迅速增加，同時結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全系數(shù)最大，故從這兩個方面講，對于大跨度連續(xù)梁-拱組合橋矢跨比選為1/4較為合適。

梁拱組合橋；矢跨比；內(nèi)力；穩(wěn)定性

1 引言

連續(xù)梁-拱組合橋結(jié)合了連續(xù)梁和拱兩種結(jié)構(gòu)體系，既充分發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)，又互相彌補(bǔ)彼此的不足。其中拱肋受壓為主，具有較大的結(jié)構(gòu)剛度及承載能力；梁直接承受列車荷載并抵消拱產(chǎn)生的推力，加之造型美觀，使其躋身大跨度橋梁的備選橋型[1]。在此類橋型中，以三跨連續(xù)梁和拱的組合最為常見，即拱肋對三跨連續(xù)梁的中跨進(jìn)行加勁。以往的矢跨比分析多針對于常規(guī)拱橋[2]，而對于三跨式連續(xù)梁拱組合橋的分析還很少，故有必要進(jìn)行研究，以為工程實(shí)際提供一些借鑒。

2 有限元模型的建立

某大跨度連續(xù)梁-拱組合橋采用（82+172+82）m的跨徑布置，主梁為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室、變截面連續(xù)箱梁；主拱圈線型為二次拋物線，材料為鋼管混凝土，計(jì)算跨度172m，矢跨比1/5；吊桿采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，縱向每8.0m設(shè)置一組。據(jù)此采用如下方法進(jìn)行模擬：

主梁采用懸臂澆筑法施工，劃分124個澆筑段；主拱肋采用共用節(jié)點(diǎn)法進(jìn)行模擬；吊桿采用桁架單元進(jìn)行模擬。拱、吊桿與主梁的連接為剛性連接，全橋的外部邊界條件與普通三跨連續(xù)梁相一致[3]。通過以上分析，利用有限元軟件Midas Civil建立全橋模型，如圖所示:

圖1 有限元模型

3 矢跨比影響分析

保持主梁中跨172m不變，設(shè)計(jì)不同的矢高，使得矢跨比分別為1/3、1/4、1/5、1/6、1/7，研究不同矢跨比下恒載、活載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力及穩(wěn)定性的關(guān)系[4]。

3.1矢跨比對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響

選取主梁跨中、主梁梁墩、拱腳和拱頂四個關(guān)鍵截面，采用原設(shè)計(jì)內(nèi)力值為基準(zhǔn)，對其他矢跨比下的內(nèi)力值進(jìn)行單位化，繪制內(nèi)力圖如下：

圖2 恒載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力

由圖2可知，矢跨比對結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力的影響顯著：當(dāng)矢跨比減小時，拱梁所受拉力增大，其中主梁中墩、跨中及拱頂軸力增大的幅度與數(shù)值接近于相等；矢跨比對恒載下結(jié)構(gòu)彎矩變化如下：隨矢跨比減小，主梁中彎矩增長很小，拱頂處彎矩顯著增大，拱腳處彎矩變化顯著，先減小后增大，有明顯的非線性。

圖3 中活載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力

由圖3可知，矢跨比對結(jié)構(gòu)活載內(nèi)力的影響很大，當(dāng)矢跨比減小時，拱梁張拉力增大，其中主梁中墩、跨中及拱頂軸力增大的幅度與數(shù)值接近于相等；矢跨比對活載作用下結(jié)構(gòu)彎矩影響有明顯的非線性：隨矢跨比減小，主梁中彎矩先減小后增大，拱腳處彎矩先增大后減小，拱頂處彎矩增大顯著。

3.2矢跨比對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

表1 不同矢跨比下穩(wěn)定安全系數(shù)

由表1可以看出，大跨度連續(xù)梁-拱組合橋的穩(wěn)定安全系數(shù)與矢跨比的關(guān)系為：當(dāng)矢跨比小于1/4時，穩(wěn)定安全系數(shù)增大，當(dāng)矢跨比大于1/4時，穩(wěn)定安全系數(shù)則減小，因此對于大跨度連續(xù)梁-拱組合橋最有利的矢跨比為1/4。

4 結(jié)論

（1）隨著矢跨比的減小，拱肋、主梁中的軸力線性增大，矢跨比對結(jié)構(gòu)彎矩的影響則為非線性，尤其以拱腳處最為顯著，且在矢跨比為1/4時最小。

（3）不同的矢跨比下，三跨連續(xù)梁拱組合橋的一階模態(tài)均為橫向振型，即面外失穩(wěn)，且穩(wěn)定安全系數(shù)隨矢跨比的增大先增大后減小，在1/4處時穩(wěn)定性最好。

[1]金成棣.預(yù)應(yīng)力混凝土梁拱組合橋梁－設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐[M].人民交通出版社，2001．

[2]李國平.連續(xù)拱梁組合橋的性能與特點(diǎn)［J］.橋梁建設(shè).1999.

[3]劉煜，肖汝誠，董萌.大跨度拱橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與建議[J].結(jié)構(gòu)工程師.2002.

[4]王洪超.連續(xù)梁拱組合體系橋梁設(shè)計(jì)參數(shù)分析［J］.巖土工程界，2000.

[5]朱衛(wèi)國，張松，項(xiàng)貽強(qiáng).三跨連續(xù)梁拱組合體系橋梁穩(wěn)定性分析［J］.中國市政工程，2004.

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