三拱肋钢管混凝土系杆拱桥拱脚局部应力分析
三拱肋钢管混凝土系杆拱桥一江海大桥动力特性分析
模型。为 了了解该桥动力性能 ， 采 用子 空间迭代 法计 算得到桥 梁前 １ ５阶振动频 率及振 型 ， 计算结果 为该桥 提供设
计依据 。提供 了三肋钢管混凝土 系杆拱桥的 自 振频率及振型特征 ， 这对 了解该 类桥 梁的动 力性能有 着重要参考价
值。
关键词 ： 三拱 肋 ； 动 力特 性 ； 振 型
动 力研究 内容 。
１ 工程 概况
吊杆 采 用 Ｐ Ｅ Ｓ Ｆ Ｄ ７—７ ３成 品 索 ， 外 套 管 均 采 用 ２ ４ ． ５ ｃ ｍ钢 管 ， 壁厚 １ ｃ ｍ， 吊杆 间距 ４ ． ８ ｍ， 全桥 共设
４ ５根 吊杆 。该桥 主桥 桥 型见 图 １ 和图 ２ 。
２ 空 间有 限元 模型
为 分析 江 海 大 桥 的动 力 性能 ， 采用 有 限元 程 序 Ｍｉ ｄ ａ ｓ ／ ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 进 行 建 模 。该 桥 上 部 结 构 由桥 面 系 、 拱 肋、 吊杆 及风 撑 ４部 分 组 成 ， 桥 面 系包 括 系杆 、 端 横 梁、 中横 梁 及桥面 板 ， 在 进 行 有 限 元 离散 时 ， 做 如下 考虑 ：
中图分类号 ： Ｔ Ｕ ４章编号 ： １ ６ ７ ３— ６ ０ ５ ２ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２—０ ０ ２ ２— ０ ４
桥 梁结 构 的动 力 特性 反 映 了桥 梁 的 刚度 指 标 ，
它包括 自 振频率与主振型等 ， 是进行结构动力分析 和抗震 设计 的重要 参 数 ， 它 对 于正 确 地 进 行 桥 梁 的 抗震设计及维 护 ， 有着 重要的意义 。迄今为止 ，
（ １ ） 计算采用 的常数 ： 结构混凝 土弹性模量 、 质 量密度 、 吊杆 、 钢绞线、 风 撑 钢 管材 料 参 数 按 桥 梁设 计规 范取值 。
钢管混凝土系杆拱桥拱脚局部分析
钢管采用 Q345qC 钢材，管内填充 C50 微膨胀混凝土，纵梁、端横梁均采用 C55 混凝土，预应力采用Φs15.2 钢绞线； 1.2 有限元模型
本次计算采用 Midas FEA3.6，根据“圣维南原理”[4]，为了避免局部模型端部 的应力集中，拱肋及纵梁均取 15m 长，但是实际分析结果仅仅查看拱脚 10m 范围 内的应力分布情况（即图 1 中蓝色部分），有限元模型采用四面体网格单元，有限 元模型总共 69884 个单元，20907 个节点。预应力钢束采用植入式钢筋线单元模拟， 预应力按照设计图纸进行布置，如图 2 所示，并按照实际张拉应力进行张拉；
关键词：钢管混凝土系杆拱桥；拱脚；应力分布；应力配筋法
0 引言
拱脚是钢管混凝土系杆拱桥的关键受力部位，桥梁的拱肋、纵梁、端横梁、 支撑均交汇于此[1]，因此，拱脚部分应力分布较为复杂，而通常在进行系杆拱桥整 体计算时，均采用杆系模型，而传统的杆系模型仅能出计算各个杆件的内力，并 不能精确计算出拱脚的应力分布情况[2]；所以在进行拱脚设计时，应清楚的了解拱 脚的应力分布情况及变化规律。
及系杆变截面圆弧段，且最大拉应力出现在系杆变截面圆弧段所在斜截面位置处，
较大压应力主要出现拱座下侧边缘角点以及下钢管与混凝土接触的界面区域。表 1
四种最不利工况有限元分析结果
钢管混凝土系杆拱桥拱脚局部应力分析
钟 山 ．张龙 龙
南昌 ３ ３ ０ ０ １ ３ ） （ 江 西 省 公路 工为例 ， 建 立 了钢 管 混凝土拱 肋 与 系杆连 接部 位 的三维有 限元 空 间模 型 。
借助 有 限元软件 模拟 了拱脚 在 最不利 工况 下的 受力情 况。计 算结 果表 明 ， 拱肋 和拱座 刚度 突 变截 面处、 外 包混凝 土端部及 拱脚 拱腹 区域 ， 应 力较集 中， 且 多为拉 应 力 ： 其余拱 脚 区域混凝 土 受力 较 均 匀， 以顺 桥 向受压 为主 ， 钢管应 力 满足 规 范及设 计要 求 ， 为该工程 的设计 与施 工提 供 了合理
接触方式耦合在一起 ， 保证传力合理。
作者 简 介 ： 钟 山（ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 江 西 宁 都人 ， 研 究 生毕 业 ， 助理 工 程 师 ， 主要 从 事 桥 梁计 算 与 检 测 工作 。
・
２ ２・
１ 工 程概 况
以东南 沿海 某 桥为例 ， 该 桥形 式 为 ２跨 ７ ２ ． ７ ５ ｍ
钢管混 凝 土偏态 系杆拱 桥 ， 如图 １ 所示 。 拱肋 采用 ４
根 钢管 混凝 土格 构 式箱形 断 面 ，钢管 外径 ７ ０ ０ ｍ ｍ， 壁厚 １ ６ ｍｍ．内填 Ｃ ５ ０混 凝土 ．上 下缘 连接 钢板 厚
１ ６ ｍ ｍ，左 右 腹 板 钢 板 厚 ２ ２ ｍｍ．纵 向加 劲 肋 厚
１ ４ ｍ ｍ， 横 隔板 厚 ２ ５ ｍ ｍ， 锚 垫 板厚 ４ ５ ｍｍ， 无 缝 钢 管 ２ ５ ０ ￣ １ ２ ， 均采用 Ｑ ３ ４ ５ ｑ Ｃ级钢 。 拱 肋截 面外 缘宽度 为 ２ ． ５ ｍ。 外 缘 高 度从 拱 顶 １ ． ９ ｍ 至拱 脚 ３ ． ２ ｍ按 二 次 抛 物线 变化 。拱 轴线 采 用偏 态 二次 抛物 线 （ 主 轴与 水
下承式叠合梁钢管混凝土拱桥拱脚局部应力分析
效 降低 应 力 峰 值 。 关 键 词 叠 合 梁 钢 管 混 凝 土 局 部 应 力 有 限 元
钢混组 合结构 的 拱桥 由于充分 发挥 两种 材料
的特性 ， 具有 承载 力高 、 度 大 、 约钢材 、 价低 刚 节 造 等优 点 ， 具有 良好 的经 济效 益 ， 在桥 梁建 设 中得到
下 承式 叠 合 梁 钢 管 混 凝 土 拱 桥拱 脚 局 部 应 力 分析
董 晓 兵 石 磊
（ 连 理 工 大 学 土 木水 利学 院 大 连 ｌ ６ ２ ） 大 １０ ３
摘 要 采 用 三 维 实 体 、 壳 和 梁 单 元 ， 析 了 某 下 承 式 叠 合 梁单 索 面 钢 管 混 凝 土 系 杆 拱 桥 拱 脚 板 分
ｆ ｃ ｉ ｎ ｔ ａ ｓ ｒ ｂ ｓｔ ａ ｎｉｕ ｅ ｏ ｏ ｄ ｗ ａ ｅ ｉ ｓ ａ ｌｓ ｅ ． Ｔ ｈｅｄｅ ｉ ｔｏ ｆｓ ｃ ｉ ｎ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｕｎ ｔｏ ｈ ｔｄｅ ｃ ｉ ｅ ｈｅｍ ｇ ｔ ｄ ｆｃ ｌ ｖ Ｓｅ ｔ ｂ ｉ ｈ ｄ ｆｎｉｉ ｎ ｏ ｅ ｔｏ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ—
钢管混凝土拱桥管节点应力及应力集中有限元分析
II
硕士学位论文
ABSTRACT
Recently, the concrete-filled steel tubular structure is adopted widely in bridge engineering, which is high of load-carry capacity, good at plasticity and malleability, easy to execute and construct, excellent in fire resistance and economy. For this reason, this kind of combined material is applied to arched bridge that is mainly oppressed. In the joints on this type of arched bridges, the forces are to be spread to the brace through the chord directly. Because the axial rigidity of the brace is much bigger than the radial rigidity of the chord, the border becomes the weakest part of the whole structure. The reasonable design of this type of joint has attached the researchers’attentionallovertheworld.Asthepartof“The key techniques of the design, construction and maintenance of concrete-filled steel tubular arch bridges” supported by the Science and Technology Item of Construction of the Westward Traffic, The main contents are detailed as following:
钢管混凝土系杆拱桥质量问题和处治措施
钢管混凝土系杆拱桥质量问题和处治措施摘要：钢管混凝土系杆拱桥是一种美观、经济的桥型，近年来得到了广泛的应用。
但国内尚无此桥型的设计、养护规范，其结构设计、计算理论也不成熟，更无成熟的养护经验可借鉴。
探索该桥型的常见质量问题和处治方法，对延长桥梁的使用寿命，保障桥梁安全是必要的、紧迫的。
关键词：钢管混凝土系杆拱桥；质量；处治方法Abstract: CFST tied arch bridge is a beautiful bridge type of economy in recent years has been widely used. However, there is no bridge design, conservation norms, its structural design, and computing theory is not mature, more mature conservation experience to draw on. Explore the bridge common quality problems and Treatment Methods for the right to extend the life of the bridge to ensure bridge safety is necessary and urgent.Keywords: CFST tied arch bridge; quality; Treatment Methods1 前言随着公路建设的发展，养护的桥梁不再局限于传统的简支梁桥、连续梁桥，越来越多的新型结构的桥梁被移交养护。
特别是钢管混凝土系杆拱桥，国内尚无此桥型的设计、养护规范，其结构设计、计算理论也不成熟，更无成熟的养护经验可借鉴。
此类桥梁由于系梁均支撑在横梁上，而每根横梁是靠两根吊杆吊着，一旦一根吊杆断裂或锚具松脱那么横梁和支撑在其上的系梁以及桥面就会在瞬间一同掉落。
钢管混凝土拱桥拱肋施工应力分析
结构 。 — ａｌｂｉｇＳ １３ ｃｒ。 Ｅ ｍ ｉ：ｒｄｅ ＠ ６ ． ｏ ｎ
维普资讯
１ ４期
郑 建 荣 ， ： 管 混 凝 土 拱 桥 拱 肋 施 工 应 力 分 析 等 钢
４ ２ ０３
横桥 向滑 动 （ 约束 和 Ｚ 自由度 ） 下游 右侧 顺 桥 向 ； 和横 桥 向均滑动 （ 约束 ｚ方 向 自由度 ）
在施工 过 程 的 结 构 分 析 中共 用 了 有 限元 软 件 中的 ５种单 元类 型 ：
３２ ．
应力 截面选 择
选定 应力 截 面 位置 如 下 ： 肋 拱 脚 、／ 、 顶 、 拱 ４Ｌ拱 （／ ） ３ ４ Ｌ和对 称 的拱脚 截 面 ， 中拱脚 处截 面测 点 向 其 跨 中方 向移 ２ ｍ， 开封 拱脚 时的影 响 ； 体 截 面 ０ｅ 避 具
风撑 ：
１７ —８９ ２０ ）４４ ２ —５ ６ １１ １ （０ ８ １—０ ２０
＠
２０ Ｓ ｉ Ｔ ｃ ． ｎ ｎ ． ０ ８ ｃ． ｅｈ Ｅ ｇ ｇ
交通 运 输
钢 管 混凝 土 拱桥 拱 肋 施 工 应 力 分析
郑建荣 王淑妹 袁安 华
（福建农林大学 ， 福州 ３０ ０ 福州市规划设计研究院‘福州 ３ ０ ０ ） ５０ ２； ， ５ ０ ３
布设 见 图 １ 所示 。
（ ）四结 点 壳单 元 （ Ｈ Ｌ ６ ） 模 拟拱 肋 外 钢 １ Ｓ Ｅ Ｌ３ ：
管 、 面板 、 桥 桥面铺 装 ；
（ ） 结 点 的块 体单 元 （ Ｏ Ｉ ４ ） 模 拟 拱 肋 ２ 八 Ｓ ＬＤ ５ ：
钢管混凝土拱桥施工过程拱肋应力分析
钢管混凝土拱桥施工过程拱肋应力分析作者：刘凯宇来枭雄来源：《城市建设理论研究》2013年第20期摘要：钢管混凝土拱桥施工架设过程中，管内混凝土灌注后强度逐渐发展，结构刚度分阶段形成，并伴随着混凝土收缩徐变的发生，从而影响钢管混凝土拱肋以及全桥的受力性能。
以神龙桥为背景，通过有限元软件MIDAS/Civil的“施工阶段联合截面”功能来计算混凝土灌注过程及其收缩徐变情况下结构的应力变化过程。
关键词：钢管混凝土；拱桥；施工阶段联合截面中图分类号： U448 文献标识码： A 文章编号：钢管混凝土的结构形式相对简单，结构体系受力明确，而在施工安装阶段即混凝土浇筑前和混凝土由灌注到硬结过程，随着混凝土强度的发展，组合截面的刚度是分阶段形成的[1]。
成桥后混凝土发生收缩和徐变会对结构的内力和应力重分布、线型和结构稳定性产生较大影响[2]。
目前尚无专用的设计规范和计算理论来考虑混凝土灌注过程和后期收缩徐变对结构受力产生的影响，采用有限元程序进行施工过程的模拟是一种比较可行的方法。
1工程背景神龙桥位于浙江省嘉兴市城南路上，为下承式系杆拱桥；系杆拱片由拱肋、系杆和吊杆组成，拱肋和系杆则由拱脚处的钢箱连接，再将两拱片用四道顶风撑及十三根底横梁连接，并在横梁间安装空心板浇筑桥面铺装等组合成下承式系杆拱桥。
系杆拱桥计算矢高为9.9m，矢跨比为1/5.12，每拱肋按跨径12等分设置11根吊杆，相邻吊杆间距离为4.28m，每根吊杆由36ø15.24钢绞线组成。
拱肋为直径0.6m，壁厚12mm钢管内灌注混凝土的圆形截面。
风撑为直径0.6m，壁厚14mm的空钢管。
桥面宽度为：净6.0m+1.0m（人行道）。
桥面设1%的横坡。
设计荷载为汽车-10；人群荷载为3.5kN/m2，五级通航。
每拱片系杆由两根管径为127mm，壁厚12mm的钢管内穿两根9ø15.24钢绞线组成，钢绞线外套外径D=80mm的金属波纹管，内灌纯水泥浆加以保护，波纹管与钢管无粘结。
系杆拱桥钢管混凝土拱局部分析
模型 Ｉ 材料特性如下 ： 混凝土弹性模量为３４ ．５ ×１ ０加 Ｐ 泊 松 比为 ０ ２ 密度 为 ２ ．ｋ ／ 钢 弹 ａ ．， ５５Ｎ ｍ ；
，
２ｔ￡ ｈ 圭ｌ 瑚
”
。 。
”
’
疆 一
『
Ｔ
、ｌ
｝
．
！ ］
图 ３ １２主 拱 肋 立 面 图 （ 位 ：ｌ ） ／ 单 ｎｎ ｌ
梁， 梁高 ３ ５ 梁宽 ２ ．ｍ。吊杆采用单 索面布 ． ｍ， ９５ 置， 低应力 防腐索 体 ， 吊杆材 料为高 强平行钢 丝
索 。系杆 采用 高强 平 行 钢 丝拉 索 。 主桥 中墩 处设 置纵 向固定 支 座 ， 墩 处 设 置 纵 向滑 动 支 座 。主 边 桥 中墩及 边 墩基 础 采用 直 径 ２０ｍ ～２０ｍ 的钻 ８ｅ ３ｅ
和板单 元 为从 节 点 。模 型 Ｉ 用 节 点 ４ ７ ３个 ， 共 ７５
共 用单 元 １ ３ ８ ９ ４ １个 。
性 模量 为 ２ １×１ｎ ａ泊 松 比为 ０３ 密 度为７ ． ． ０ Ｐ， ．， ８５ ｋ／ Ｎ ｍ 。模型 Ｉ和 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ的材 料 特 性 同模 型 Ｉ ／ 。１２ 主拱肋立 面 图 和有 限元 模 型 Ｉ 载 图分 别 如 图 ３ 加
１ 模型 Ｉ 概况
模 型 Ｉ 用 有 限 元 软 件 Ａ Ｓ Ｓ １０， 要 模 采 Ｎ Ｙ １． 主 拟钢 管 混凝 土拱 在 最不 利 荷 载 组 合 （ 载 ＋汽 车 恒
＋ 温度 ＋ 风载（ 有车） ＋制动力 ） 下局部应力 的大 小和分布情况 。拱桥为对称结构 ， 因此选 择了半 跨拱桥进 行建 模分 析 ， 中 又选择 了五 个节 段 其
三拱肋钢管混凝土系杆拱桥一江海大桥动力特性分析
三拱肋钢管混凝土系杆拱桥一江海大桥动力特性分析
首先，三拱肋钢管混凝土系杆拱桥的结构特点决定了其在动力特性上
具有一些独特之处。
该桥采用了三拱肋结构，这种结构不仅具有良好的刚
性和稳定性，还可以有效地抵抗水流的冲击力。
此外，钢管系杆的使用可
以增加桥梁的承载能力和抗震性能，提高整体结构的安全性。
其次，桥梁的动力特性主要受到外部载荷的作用。
一江海大桥作为一
座大型桥梁，通常承受车流、风荷载等多种外部载荷。
在进行动力特性分
析时，需要考虑这些载荷的作用，以及它们对桥梁的振动反应的影响。
在动力响应方面，需要分析桥梁不同部位的振动特性。
对于一江海大
桥来说，可以将其分为上部结构和下部结构两个部分进行分析。
上部结构
主要包括桥梁桥面、支撑系统以及系杆等部分，而下部结构则包括桥墩、
桥台等。
在动力响应分析中，需要考虑横向和纵向的振动模式，以及与桥
梁不同部位的振动频率。
最后，基于动力特性的分析结果可以为一江海大桥的设计和施工提供
指导。
通过分析桥梁的结构特性和动力响应，可以确定适当的施工方法和
材料选择，以确保桥梁的安全性和稳定性。
此外，在桥梁设计中还可以考
虑一些抑制振动的措施，如阻尼器和疏松层等，以减小振动对桥梁的影响。
综上所述，对于三拱肋钢管混凝土系杆拱桥一江海大桥的动力特性分
析是一项重要的工作。
通过对桥梁结构的重要特性、载荷作用、动力响应
等方面进行分析，可以为桥梁的设计和施工提供指导，确保桥梁的安全性
和稳定性。
拱桥局部应力分析报告
目录1工程概况 (2)2分析方法 (4)2.1受力特点 (4)2.2分析方法 (4)2.3分析软件 (4)3计算模型 (4)3.1整体杆系分析模型 (4)3.2局部实体分析模型 (4)3.3边界荷载 (5)3.4边界位移约束 (6)3.5工况组合 (6)4主要计算结果 (6)4.1主拱座主拉应力云图 (6)4.2主拱座主压应力云图 (8)4.3主拉应力等值面图 (9)4.4横向正应力图 (9)4.5纵向正应力图 (11)4.6预埋板及钢管范梅塞斯应力云图 (12)5结论及建议 (22)1.工程概况主桥立面图如下：图1-1 主桥立面图22.分析方法2.1 受力特点11号、12号主桥中间主墩区域从构造角度来看，该处不仅是主跨两幅拱肋共同作用处，也是边跨两幅拱肋共同作用处，其上还承受着立柱的作用。
因此该处构造复杂，是设计的关键部位。
从受力角度来看，拱肋产生的巨大推力，都要通过主拱座传递给承台。
综合以上因素，由于该处构造的复杂性导致受力的复杂性，并且容易产生局部应力集中，因此对主拱座的应力分布状况和应力大小进行计算分析是十分必要的。
2.2 分析方法由于拱脚处结构构造复杂，采用考虑了剪切变形的三维Timoshenko梁单元也无法对其受力状况进行准确和仔细的模拟，因此需要采用空间实体有限元进行分析才能得到较真实的结构受力状态和应力分布。
具体分析方法为建立局部模型，利用圣维南原理通过整体模型的分析结果来设置适当的边界条件以反映结构真实的受力状况。
2.3 分析软件采用midas FEA，midas Civil。
3.计算模型3.1 整体杆系分析模型根据桥梁结构的总体构造布置，建立大桥的三维有限元空间模型。
拱肋、主梁、桥墩和桩模拟为考虑了剪切变形的三维弹性Timoshenko梁单元，吊杆模拟为只受拉力的桁架单元。
全桥空间模型如图，图3-1 全桥空间有限元模型3.2局部实体分析模型截取11号主桥中间主墩拱座（以下简称主拱座,包括主跨部分拱肋4.8m、边跨部分拱肋4m、立柱5m、预埋板、拱座、普通钢筋）作为分析对象，根据施工图纸建立模型并划分单元。
系杆拱桥结构受力分析
系杆拱桥结构受力分析作者：***来源：《中国水运》2021年第12期摘要：系杆拱桥兼具拱桥的跨越能力和简支梁桥对地质基础的适应能力的优点，故而广泛应用于国内外的桥梁建设。
本文以某系杆拱桥为研究背景，用有限元软件Midas/Civil对桥梁进行模拟，分析其吊杆和拱肋结构受力，得出以下结论：（1）恒载引起吊杆和拱肋的内力比活载较大;（2）在恒载和活载作用下，拱肋在拱脚处弯矩较大;（3）对于有纵坡的系杆拱桥，其纵向的不对称性会对拱肋弯矩产生影响。
研究结果可为同类桥梁设计与后期加固提供参考依据。
关键词：系杆拱桥;Midas/civil;受力分析中图分类号：U448.22+5 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）12-0151-03系杆拱桥是主要由拱肋、吊杆和系梁组成的一种复合结构体系，因其内部超静定外部简支的受力特性，故兼具有拱桥的较大跨越能力和简支梁桥对地基适应能力强两大特点。
当桥面高程受到严格限制而桥下又要求有较大的净空，或当墩台基础地质条件不佳但又要保证较大跨径时，系杆拱桥是一种较优越的桥型[1-4]。
由于系杆拱桥设计和施工技术逐渐趋于成熟，在许多城市建设和公路修建上得到大量运用，如广州南沙凤凰三桥、扬州大运河桥等，均为系杆拱桥结构[5-6]。
但随着时间推移，许多系杆拱桥均存在服役过久，使用负荷较大现象，而且当时设计和施工技术不完善，导致目前部分系杆拱桥仍存在许多问题，如出现裂缝，变形等病害，甚至直接发生倒塌，危及人民生命财产安全[7-8]。
为减少此类情况发生，笔者以某系杆拱桥为研究背景，以此桥的受力情况分析其内力作用机理。
具体方法为，使用有限元软件Midas/Civil 对桥梁进行数值模拟，以软件模型模拟桥梁真实受力情况，并读取其各部件在荷载作用下的内力情况，分析其吊杆和拱肋结构受力，本文研究结果可在同类桥梁设计以及后期加固过程中提供一定的参考依据。
1工程概况桥梁全长179米，全宽40米，按整幅桥设计。
三榀拱肋钢管混凝土系杆拱桥结构设计分析
Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ Ａｒｃｈ Ｒｉｂ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ －－－Ｆｉｌｌｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ Ｔｉｅｄ Ａｒｃｈ Ｂｒｉｄｇｅ
Ｄｉｎｇ Ｚｉｍｉｎｇ ，Ｃｈｅｎ Ｘｕｅｆｅｎｇ
（１．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１００１９，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ（Ｎａｎｊｉｎｇ）Ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ Ｔｕｎｎｅｌ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１００３ １）
１ 工 程 概 况 该 项 目位 于 张 家 港 市 金 港 镇 境 内 ，北 面 距 长 江 约 ２公 里 ，地
貌特 征为长江三 角洲 平原 。本工 程原 桥 为公路 桥 ，原桥 主桥 为
６０ｍ 跨 下 承 式 钢 管 砼 系 杆 拱 ，桥 面 全 宽 ２５ｍ。 因桥位处航道整 治 ，航道 等级 提 升为三 级 ，通 航净 空为 （６０
ｃｈａｎｎｅｌ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ａｒｃｈ ｒｉｂ ｄｏｗｎ ｂｅａｒｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅ１． Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍ ａｉｎ ｂｒｉｄｇｅ ａｒｃｈ ｒｉｂ， ｔｉｅ ｂａｒ， ｃｒｏｓｓ ｂｅａｍ ａｎｄ ｈａｎｇｅｒ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅ— ｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｄｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｈｒｅｅ ａｒｃｈ ｒｉｂｓ ｔｉｅｄ ａｒｃｈ；Ｓｔｒｕ ｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ；Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｓｔａｂｉｌｉｔ
三连拱主拱拱脚的局部受力分析
利 用圣 维 南原 理 通过 整体 模 型 的分 析结 果 来设 置
适 当 的边 界条 件 以反 映结构 真实 的受力 状况 ．
主桥上部结构采用三跨 中承式钢管混凝土拱桥 ， 拱桥净跨径组合为 （Ｏ ５ ０ ｍ， ６＋９ ＋６ ） 主桥全长 ２２ｍ； ３ 桥梁全宽 ４ ． 分上下行两 幅桥梁 ， ３５ｍ， 中央分 隔带 净
梁 单 元 也 无 法 对 其 受 力 状 况 进 行 准 确 和 仔 细 地 模 拟 ， 要 采 用 空 间 实 体 有 限元 进 行 分 析 才 能 得 到 较 真 实 的 需 结 构 受 力 状 态 和 应 力 分 布 ， 用 ｍｉ ｓＦ Ａ、 ｄ ｓ ｉｉ对 某 三 连 拱 的 主 墩 拱 座 进 行 了 详 细 的 实 体 分 析 ， 采 采 ｄ Ｅ ｍｉ ｖｌ ａ ａＣ 并
ｕ ｅ ｉ ａ ｓ ｄ Ｍ ｄ ｓＦＥＡ ， ｉａ ｖｌ ｎ ａｔｉ ｌ ａ ｃ ｆｔ ｅ ｍａｎ ｐ ｅ ｎ ｂ ｔ ｅ ｔｄ ｔｉ ｅ ｔｔ ｎ ｌｓｓ ａ ｄ Ｍ ｄ ｓＣｉｉ ｏ ｒｐ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｉ ｉｒａ ｄ ａ ｕ ｍ ｎ ｅａｌ ｎ ｉｙ ａ ａｙ ｉ， ｎ
主桥 上部主要受力 构 件 由钢管 混凝 土拱 肋 、 吊
杆、 横梁 、 桥面道板等构 成． 桥面系按悬 浮体 系设计 ，
半 幅采用 ３ 道加劲纵 梁以增加桥 面整体刚度．
｛ ； ｌ ｍ ｍ ｌＩ 一 一 ／ ｌ ｍ 女 ￥ 一 ｌｌ ， 一
ＦＩ １ ６ ０ Ｎ Ｉ
本 文编 辑 ： 张
瑞
髓ｒ ｌ 哪 Ｂ ￡宵ｕ＾－ Ｉ ｃ Ｉ 峨 ｏ， ・ 【々 Ｏ ” ］ 簟元 局 部坐标 量
钢管混凝土系杆拱桥拱脚结点受力分析的开题报告
钢管混凝土系杆拱桥拱脚结点受力分析的开题报告
一、研究背景
钢管混凝土系杆拱桥是近年来在拱桥领域发展较快的一项技术，它是将钢管作为主结构，混凝土填充于钢管内，再通过系杆进行受力传递的一种桥梁结构，具有自重轻、刚度大等优点。
然而，钢管混凝土系杆拱桥的拱脚结点是整座桥梁的关键部位，应力集中，易发生开裂、变形等问题，因此对拱脚结点受力的研究显得尤为重要。
二、研究目的
本文旨在对钢管混凝土系杆拱桥拱脚结点受力进行分析研究，揭示其内部力学机制，明确其强度破坏机制及受外载荷作用下的变形情况，为拱桥结构的设计、施工和维护提供参考。
三、研究内容
本文将采用数值模拟的方法，利用有限元软件ANSYS对钢管混凝土系杆拱桥拱脚结点进行受力分析研究，具体研究内容包括：
1. 桥梁结构及拱脚结点的建模：根据实际工程所建的钢管混凝土系杆拱桥进行三维建模，将拱脚结点处的系杆、钢管和混凝土等材料分别建立为单元模型，确定初始边界条件。
2. 静态分析：对钢管混凝土系杆拱桥进行静态分析，分别分析单、双向车道的情况下，拱脚结点的受力状态及变形情况。
3. 动态分析：模拟不同荷载下的拱脚结点响应，分析其动态特性，识别结构共振和动态稳定等问题。
4. 建议及结论：根据分析结果，提出针对拱脚结点受力的改进建议，并对此类拱桥的设计、施工和维护进行可行性评估。
四、研究意义
钢管混凝土系杆拱桥作为一种新型桥梁结构，已经得到了广泛应用。
本文将对拱脚结点受力进行深入的分析研究，将对其结构设计、施工以及后期的维护提供重要的技术支持。
同时，本文的研究成果可为其他类似桥梁结构提供经验和借鉴。
钢管混凝土系杆拱桥预应力技术及结构分析测试研究
图 2 应力测试断面的位置
4. 2. 2 测试的施工状态 进行测试分析的主要施工状态有: ①在有支架状
态, 张拉端横梁预应力及系梁第 1 批预应力; ②在有支 架状态, 拱肋钢管中混凝土灌注; ③在有支架状态, 张拉 系梁第 2 批预应力, 张拉吊杆; ④初脱架状态; ⑤张拉系 梁第 3 批预应力; ⑥浇注桥面层混凝土; ⑦竣工。 4. 2. 3 对系梁混凝土应力测试结果的分析
该桥由南京市政设计院设计。东南大学预应力工程 研究所与南京铁路分局第一工程公司, 结合 12、13 号墩 间的桥跨结构施工, 联合开展了施工过程中的测试、预 应力施工工艺以及系杆拱桥受力特征的研究。 目的在 于: ①根据设计程序及规范要求, 以及桥梁的实际施工 状况, 建立相应的空间结构计算模型, 进行结构受力及 变形分析, 以便对施工过程中结构的安全度进行控制与 评估; ②通过现场量测系梁的内力及位移, 综合理论分 析结果, 对施工过程中桥梁的实际工作状况作出评价; ③优化施工方案, 使所制定的施工技术方案, 建立在科 学分析的基础上, 确保工程的安全与质量; ④对桥梁竣 工状态有一个较为符合真实施工实际的力学分析结果, 有助于深化对系杆拱桥结构力学特征的认识, 对设计、
Κ 1. 04 1. 04 1102
2. 2. 3 吊杆的张拉 按设计要求, 对吊杆分两阶段张拉至最终目标值。
在张拉作业中, 每次张拉 4 根吊杆, 以保持在桥跨结构 上的前后左右对称, 即每次张拉对称于跨中的 2 个横梁 端部的吊杆, 将同一横梁端部 2 根吊杆上的千斤顶同时 连接在 1 台油泵上, 使 4 个张拉点处的千斤顶同步加载 至计算油压。
16
桥梁建设 1999 年第 3 期
钢管混凝土拱梁组合体系桥梁施工阶段拱座应力分析
于空钢管
，结构受
杂。文章以某实际桥梁为例，采用ABAQUS建立局部有限
；
，对
梁劲性
连
位的应力分布
进行了分析&结果表明％
梁劲
性
连
应
下端管的下边缘
梁
，没有出现 上
曲现象;拱肋最大Mises等效应力出现
；系梁劲性
出现较为明显的应力
集中现象，最大Mses等效应力出现在第一根
下弦管连
位,离索；
，
应力集中程
&建议
200408642201163056765543829202363074896eeeeeeee0eeee'+++++++++++++00000000000001111222220222
图5劲性骨架Mises等效应力云图(MPa)
为了
的部分
性 的传力
径！ 性 上 向钢管 梁纵向连线作
为1 '号路径;下弦纵向钢管沿桥梁纵向连线作为3、
管Mises等效应力介于1 0- 1 20 MPa之间，总体而
言，应力水平在70 MPa左右，由于连
应力
集中的原因,应力最大值发生在靠近预应
的
性下
&
78 西部2通科技 Ck/unicatioris Science & Technology
体吊装后的连 位进行分析，了解其 应力的分布规律和大小，并提出相应的构
造措施，为相关类似工程提供参考&
1工程概况
某桥梁主桥上部结构采用下
管混凝土
结
，全长404. 2 9,桥跨
【钢管混凝土拱桥拱座结构受力分析】钢管混凝土拱桥结构及受力特点分析
【钢管混凝土拱桥拱座结构受力分析】钢管混凝土拱桥结构及受力特点分析某中承式钢管混凝土拱桥拱肋的理论计算跨径为152m，拱肋直径1.5m，厚度为2cm，内部浇筑C50混凝土，计算矢高为47m，矢跨比为1/3，拱肋拱轴线采用倒悬链线，拱轴系数为1.55。
拱肋采用圆形截面，主梁采用扁平流线形钢箱截面，拱肋设18对吊杆。
下部结构为钢筋混凝土拱座及承台接钻孔灌注桩基础。
桥面铺装采用6cm 厚环氧沥青。
钢箱梁主体结构均采用Q345-C钢，钢箱拱肋结构采用Q345D钢，其技术指标应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）的相关要求，盖梁及墩柱采用C40混凝土，拱座及承台采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土。
桥梁设计荷载为公路-I级，人群荷载5.0KN/m2；环境类别为II类；设计安全等级为一级。
Midas/Civil有限元模型使用Midas/Civil建立全桥模型，本桥3D模型按照桥梁设计选择相应的材料和截面特性。
模型划分共计368个节点，378个单元，其中梁单元360个，桁架单元18个，考虑到的各作用效应有：（1）恒载：自重以及设计荷载；（2）均匀温度：结构因均匀温升、温降，梯度温升、温降产生的作用效应按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定计算。
（3）支座沉降：支座不均匀沉降按1cm考虑。
（4）车辆荷载：按最不利车辆荷载考虑，车辆为公路—I级五车道，人群荷载为5.0KN/m。
本桥考虑2.5%的桥梁纵坡。
模型节点单元见图3。
其中，拱肋单元编号为155~322，共计167个单元。
图1 钢管混凝土拱桥有限元模型永久作用分项系数按照作用对结构承载能力不利的情况选取，可变作用分项系数按照规范的要求进行取值。
各荷载组合系数见表3。
表3 荷载组合系数名称荷载工况组合系数结构恒载自重+二期1.1车辆荷载公路—Ⅰ级1.4支座沉降1cm 1.0温度荷载±20℃ 0.7计算结构自重+二期+车辆荷载+升、降温效应（±20℃）+支座沉降（1cm）作用下的拱肋内力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
下的拱 脚区域的应力分布和受力机理 ， 计算结 果表 明 ： 设计时需要注意对拱脚和拱肋相接处、 支座支撑处 、 系杆与端横 梁连接处 等 位 置采取局部钢筋网的加强等措施以分散应力。 关键词 ： 三拱肋 ， 钢管混凝土 ， 系杆拱桥． ， 拱脚 ， 局部应 力
中图分类号 ： Ｕ ４ ４ ８ ． ２ ２ 文献标识码 ： Ａ
受较大 的支座反力 ， 并且拱脚处预应力 钢束 布置较多 ， 因此拱脚构 为外荷载施 加在拱脚 局部模型上。因在杆系结构整体模型中拱肋 、 涂层 ， 绝缘涂层主要材料是环氧树脂 ， 具 体设 置见 图 ２ ， 图３ 。
它为同类型桥梁工程施工积累 了一套成功的经验 。
为确保 隔电效果 ， 需 对 防护棚架 进行 综合 接地 ， 要 求接 地 电 参考文献 ： 阻不大 于 １ Ｑ。同时对棚架进 行适 时监 测 电压 ， 确 保棚架 服役 阶 ［ １ ］ 铁建设 ［ ２ ０ ０ ７ ］ ４ ７号． 新建时速 ３ ０ ０ ｋ ｍ一 ５ ０ ０ ｋ ｍ客运专线铁
・
２１ ０・
第４ ０卷 第 ８期 ２ ０ １ ４年 ３ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ ＨＩ Ｔ Ｅ Ｃ Ｔ ＵＲＥ
Ｖｏ １ ． ４０ Ｎｏ． ８
Ｍａ ｒ ． ２ ０ １ ４
文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ４） ０ ８ — ０ ２ １ ０ — ０ ３
段 始终处 于防隔电安全状态。 路设计 暂行规定 ［ ｚ ］ ．
３ 结语
［ ２ ］ Ｊ Ｔ Ｇ Ｄ ６ ０ － ２ ０ ０ ４ ， 公路 桥涵设计通用规 范［ ｓ ］ ．
３ ］ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ ０ ９ － ２ ０ ０ １ ， 建 筑结构荷 载规 范［ ｓ ］ ． 跨 线施 工特别是跨 高速铁路施工安全 是重 中之重 ， 防护体 系 ［ ［ ４ ］ 刘庆潭． 材料力学［ Ｍ］ ． 北京 ： 机械 工业出版社 ， ２ ０ ０ ４ ． 的设计 既要 满足本 身结构 安全 又要预 防一 定 的施 工风 险 。通 过
５ ］ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ ７ — ２ ０ ０ ３ ， 钢 结构设计规 范［ ｓ ］ ． 现场实施 ， 证 明该 施工 防 护棚 架设 计是 合 理 的 ， 而且 是 有效 的。 ［
Ｏｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｎ ｏ ｐ ｙ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｆ ｏ ｒ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ａ ｔ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｒ ａ ｉ ｌ ｗａ ｙ ｓ
Hale Waihona Puke １ 工 程概 况 沙岛西北桥为 １ 孔６ ０ ｍ的下承式简支钢管混凝土系杆拱桥 ， 桥面系采用纵横 梁加 桥 面板。桥 面全 宽 ３ １ ． ２ ｍ， 其 中两侧 各 为 ４ ｍ宽的人行道 ， 中间为 ２×８ ． ２ ５ ｍ 宽 的车行道 。因该桥 桥面较
造和空间受力均 非常复 杂 。拱脚混 凝 土在局部 应力 作用 下将 会
图 １ 拱桥 空间杆 系模型
与其 内的混凝 土采用共节 点处 理 ， 不考虑钢管 的套箍效应 。 局部模 型的荷载取 自全桥杆系结构有 限元模 型分析结 果 ， 作
拱脚节点 由纵 向系杆 、 横梁 及拱 肋等 三部分 组合 而成 ， 需要 ２ ． ２ 荷载 处理
承受三者传来 的各种 弯 、 拉、 压、 扭 等空 间力 系作 用 ， 拱 脚下 还承
出现裂缝甚至破坏 ， 影 响结构 的长期 工作 性能 ， 因此 对拱 脚节 点
进行局部应力分析 ， 找 出该 区域应 力分 布的规律 ， 防止拱 脚节 点
区域混凝土破坏 ， 为设计 提供 指导是很有必要 的。
宽， 桥下净空受 限 ， 主 拱圈采 用平 行三肋 式 ， 拱肋 竖直 ， 拱肋 间距 ２ 拱 脚节 点有 限元模 型 １ ０ ． ７ ５ ｍ。拱肋平面 内矢跨 比为 １ ／ ５ ， 拱肋 采用 单 圆形 钢管 ， 直径 ２ ． １ 模 型建 立
三 拱 肋 钢 管 混 凝 土 系 杆 拱 桥 拱 脚 局 部 应 力 分 析
吴 刚
（ 中铁四院集 团广州设计院有限公司 ， 广东 广州 ５ １ ０ ６ ０ ０）
摘
要： 针对三拱肋钢管混凝土系杆拱桥 的拱脚 ， 采用有限元程序建立 了中拱肋拱脚 节点 的有 限元模型 ， 分析 了在多种 工况作 用