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    提籃拱橋拱肋及橫撐對其穩(wěn)定性的影響

    2011-04-17 00:06:34常建忠
    山西建筑 2011年5期
    關(guān)鍵詞:吊桿拱橋拱頂

    常建忠

    提籃拱橋是近年來在提籃拱橋基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的拱橋結(jié)構(gòu)形式,但是穩(wěn)定問題始終是拱橋設(shè)計(jì)、施工中的一個重要問題,結(jié)構(gòu)失穩(wěn)往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體垮塌,且發(fā)生較為突然,危害極大,拱橋因失穩(wěn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的情況時(shí)有發(fā)生[1]。影響鋼管混凝土拱橋穩(wěn)定性的因素有吊桿、系桿、拱肋以及拱肋間的橫撐,本文采用MIDAS/Civil建立有限元模型,分析拱肋和拱肋間橫撐對某提籃拱橋穩(wěn)定性的影響。

    1 工程背景

    該橋位于廣珠貨運(yùn)客運(yùn)專線上,跨徑為112m(見圖1),梁全長116m,計(jì)算跨長為112m,拱肋平面內(nèi)矢高22.4m,拱肋采用懸鏈線。拱肋截面采用啞鈴形鋼管混凝土截面,鋼管內(nèi)采用C55無收縮混凝土填充,截面高度h=3.0m,沿程等高布置,鋼管直徑為1 200mm,由厚18mm的鋼板卷制而成,每根拱肋的兩鋼管之間用腹板連接。每隔一段距離,在圓形鋼管內(nèi)設(shè)加勁環(huán)、在兩腹板中焊接拉筋。拱肋在橫橋向內(nèi)傾 9°,形成提籃式,拱頂處兩拱肋中心距6.99m,拱腳處兩肋中心距14.00m。

    系梁采用 C50混凝土,按整體箱形梁布置,采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面,橋面寬15.6m,梁高2.5 m。拱腳順橋向8.0m范圍內(nèi)設(shè)成實(shí)體段,橫橋向?qū)挾扔?5.6m增至 16.6m,截面漸變處設(shè)倒角或過渡段。吊桿布置采用尼爾森體系,在吊桿平面內(nèi),橫橋向水平夾角為 81°,吊桿順橋向間距為 8m。兩拱肋之間共設(shè)5道橫撐,拱頂處設(shè)X型撐,拱頂至兩拱腳間設(shè)4道K型橫撐[2]。

    2 有限元模型的建立

    本文采用橋梁通用有限元軟件MIDAS/Civil來模擬,全橋分為 666個節(jié)點(diǎn),779個單元,采用梁單元來模擬橋梁結(jié)構(gòu),主橋由系梁、拱肋、吊桿、橋面系組成,主梁兩端采用鉸接,其中右端 x方向不約束,橋面系采用均布荷載分布在橋面上。全橋有限元模型見圖2。

    3 計(jì)算結(jié)果分析

    3.1 對橫撐變化的計(jì)算結(jié)果的分析

    在自重加二期荷載作用下,分析計(jì)算結(jié)果見表 1。

    表1 模型概況及穩(wěn)定系數(shù)

    由表 1可知,減少 K撐將使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低,穩(wěn)定系數(shù)大大降低,K撐的位置不同,結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也不同,靠近拱頂?shù)腒撐比拱腳的K撐的穩(wěn)定性要大,將K撐全部改為一字撐后,結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會大大的降低。

    3.2 拱的變化對自振基頻的影響

    拱的剛度對整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有影響,為了研究拱的剛度的變化對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響,本文從改變鋼管拱的直徑和鋼管的壁厚兩個方面來模擬。具體計(jì)算結(jié)果見表 2,表 3。

    表2 直徑不同的鋼管基頻對比(鋼壁厚18mm)

    從表2可以看出,在鋼壁厚18 mm的情況下,隨著鋼管直徑的增加,結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定系數(shù)增大,穩(wěn)定性增強(qiáng),因此可在適當(dāng)?shù)臈l件下增加鋼管的直徑來增加拱橋的穩(wěn)定性。

    表3 鋼壁厚不同的鋼管基頻對比(鋼管直徑1.2m)

    從表3可以看出,在鋼管直徑為1.2m的情況下,隨著鋼管壁厚增加,結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定系數(shù)將增大,但沒有增加鋼管直徑那樣明顯[3-5]。

    4 結(jié)語

    本文以 112m提籃拱橋?yàn)槔?,?jì)算分析了提籃拱橋的穩(wěn)定性能,得出了各種情況下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定系數(shù),減少拱肋的橫撐,結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定系數(shù)將減小,其中采用K撐的拱肋的穩(wěn)定性比采用一字形橫撐的穩(wěn)定性要好;在保持鋼管壁厚為18mm不變的情況下,隨著鋼管的直徑增加,結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增加;在保持鋼管直徑為1.2m的情況下,隨著鋼管壁厚的增加,結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增加。

    [1] 劉夏平.橋梁工程[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

    [2] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.跨某高速公路大橋 112m拱橋設(shè)計(jì)資料[Z].2009.

    [3] 劉晶波,杜修力.結(jié)構(gòu)動力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

    [4] 楊海平,趙燦輝,陳艤亦.肋間橫撐對鋼管混凝土拱橋穩(wěn)定性的影響[J].公路交通技術(shù),2005(2):25-30.

    [5] 郭玉平.客運(yùn)專線 112m提籃拱橋施工過程仿真分析計(jì)算[D].長沙:中南大學(xué)碩士論文,2009:41-42.

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