钢管拱桥吊杆与拱肋节点的疲劳应力分析
浅谈拱桥吊杆疲劳问题分析
浅谈拱桥吊杆疲劳问题分析发布时间：2021-01-21T03:12:20.943Z 来源：《中国科技人才》2021年第2期作者：王祥1 徐同辰2[导读] 拱桥的建设以前大多采取吊杆通过锚固来悬吊横梁，结构是横梁承重，并且没有设置纵梁，对于吊杆的疲劳问题来说尤其严重。
中承式拱桥结构存在吊杆，拱肋通过吊杆体系与桥面板和主梁相连接，这点与上承式拱桥结构不同，吊杆体系一旦发生破坏，将对整个拱桥的安全性产生很大的影响。
1中铁四局集团第五工程有限公司九江 332000；2青岛市市政工程设计研究院有限责任公司青岛市 266000摘要：中承式拱桥属于吊杆体系拱桥，此类拱桥的吊杆在重复荷载作用下，极易产生疲劳问题，因此需要对吊杆的疲劳问题予以重视。
一方面吊杆长期处于复杂的自然环境中，锚头等薄弱位置容易漏水锈蚀，降低吊杆的抗拉性能，降低疲劳寿命；另一方面在动力荷载作用下，对于整体性能较差的拱桥，吊杆会产生更大的应力幅，导致结构的疲劳破坏。
所以对于吊杆的疲劳问题的分析和研究是很有意义的，本文以实际桥梁为背景，通过对拱桥吊索的疲劳问题进行研究，提出相应的防治措施，从而提高吊杆的使用寿命。
关键词：中承式拱桥；吊杆疲劳1 引言拱桥的建设以前大多采取吊杆通过锚固来悬吊横梁，结构是横梁承重，并且没有设置纵梁，对于吊杆的疲劳问题来说尤其严重。
中承式拱桥结构存在吊杆，拱肋通过吊杆体系与桥面板和主梁相连接，这点与上承式拱桥结构不同，吊杆体系一旦发生破坏，将对整个拱桥的安全性产生很大的影响。
由于其吊杆结构容易出现疲劳问题，导致此类拱桥吊杆实际使用的寿命远远不如其本身的设计使用寿命。
结合沈阳跨浑河长青大桥，对影响吊杆疲劳的因素进行分析，并在以后的工程实践中加深理解和认识，做好措施进行处理和保护。
2 工程概况长青大桥位于沈阳市东南部，主要由主桥和南北引桥组成，主桥为三孔中承式钢管混凝土拱桥，净跨径为127.226m+147.992m+127.226m，南北引桥各60.95+52.502m的空腹式钢筋混凝土拱肋桥，桥梁全长629.348m。
系杆拱桥吊杆疲劳的影响因素
文章编号:0451-0712(2007)12-0038-07 中图分类号:U44114 文献标识码:B 系杆拱桥吊杆疲劳的影响因素姚 翔(辽宁省交通勘测设计院 沈阳市 110005)摘 要:通过参数分析,对影响下承式系杆拱桥吊杆疲劳的直接因素,如吊杆的位置、吊杆的间距、边吊杆至拱脚的距离、吊杆截面积、吊杆的弯曲刚度、汽车冲击力等,以及一些间接因素进行了分析,并结合算例进行了应用。
关键词:系杆拱;吊杆;疲劳;影响因素 吊杆是下承式系杆拱桥的重要构件,一旦损坏将导致严重后果,2001年四川宜宾南门金沙江大桥事故的直接原因就是吊杆的破坏。
引起吊杆破损的主要原因是腐蚀和疲劳,而且两者共同作用、相互影响——交变的疲劳荷载降低了防腐措施的有效性,而腐蚀带来的强度降低更使吊杆难以承受疲劳荷载。
对于吊杆,特别是柔性吊杆,产生疲劳破坏的内因是钢丝索的材料性质以及锚头处应力集中的程度,这与吊杆的选材、制造和施工密切相关,本文不做详细探讨。
吊杆疲劳的外因主要是应力反复的循环特征,本文由此入手,对如何从结构设计的角度减少疲劳破损的产生加以讨论。
1 吊杆的疲劳设计准则吊杆的疲劳属于变幅疲劳问题,应当采用线性累积损伤准则进行分析,但由于缺乏资料,一般仍采用强度计算的荷载,在控制最大应力满足安全系数要求的条件下,使应力幅不超过容许值。
现行的《钢结构设计规范》、《公路斜拉桥设计规范(试行)》、《公路悬索桥吊索》等规范,都是采用的这一设计方法。
2 吊杆疲劳的直接影响因素作为超静定结构,系杆拱桥的各种参数都会对吊杆的应力状态产生影响。
对吊杆疲劳产生直接影响的因素是与吊杆直接、密切相关的因素,如吊杆自身的尺寸和材料特性,或是作用在吊杆上的荷载,主要包括以下内容。
(1)吊杆钢索和锚具组件的疲劳强度。
改善材料性质,优化结构构造,是提高钢索及锚具抗疲劳性能的重要手段。
但现在吊杆已普遍应用成品索,对于结构设计来说,研究如何提高材料性质意义不大,本文故不做讨论。
[桥梁吊杆疲劳问题及分析方法研究综述]桥梁吊杆
![[桥梁吊杆疲劳问题及分析方法研究综述]桥梁吊杆](https://img.taocdn.com/s3/m/64b9bec009a1284ac850ad02de80d4d8d15a0124.png)
[桥梁吊杆疲劳问题及分析方法研究综述]桥梁吊杆桥梁吊杆疲劳问题及分析方法研究综述摘要:吊杆是把桥面系的恒载与活载传递到拱肋的关键受力构件，它的使用正常与否，关系到桥梁的整体寿命和安全。
随着经济的发展，一方面越来越多的桥梁设计成了公轨两用桥梁，另一方面交通流量急剧增加，由于公轨两用桥梁结构较轻，跨度大，在轻轨列车和很多汽车同时通过大跨度桥梁时，桥梁可能产生较大的振动，吊杆的应力变化幅度将会很大，进行疲劳分析是十分必要的。
一、桥梁吊杆的破损现状自1858年第一座带吊杆的系杆拱桥建成以来，世界上这类桥型发展迅猛，在中国情况更是如此。
1960年兰州至新疆铁路昌吉桥(主跨56m)建成后，我国修建了大量的带吊杆拱桥。
据不完全统计，迄今为止，我国已建成带吊杆的中、下承式拱桥达70余座，仅四川和重庆地区就达30多座。
随着钢结构的广泛使用，这种趋势将持续下去，上海卢浦大桥、拉萨柳梧大桥的建设就是最好的佐证。
中、下承式拱桥吊杆是把桥面系的恒载与活载传递到拱肋的关键受力构件，它的使用正常与否，关系到桥梁的整体寿命和安全。
然而，由于受当前设计理论，科学技术和工业水平发展进程的制约，桥梁吊杆吊具的设计、制造、防护、安装、服役、维护、健康诊断、拆换乃至设计寿命的确定、使用一段时间后剩余寿命的预测等等，皆无明确、统一的规范。
在大量的中、下承式拱桥和斜拉桥的吊杆设计、营运、维护、拆换、修复过程中，主要依据设计者的主观判断，缺乏公认的准则，以致吊杆失效造成的桥梁损坏和事故时有发生。
1967年12月15日，美国西佛吉利亚州的PoiniPleaant大桥在没有任何征兆的情况下突然倒塌，造成桥上31辆汽车坠落，46人死亡。
该桥是一主跨为213.4m的悬索桥，其大缆是眼杆链，眼杆材料是经过热处理的碳钢，事故原因正是眼杆在孔眼处断裂。
断裂发生的主要原因是眼杆孔眼处发生应力腐蚀(拉应力使晶间出现裂纹，裂纹凭毛细管作用，将空气中的HZS和盐类吸入，使腐蚀加剧)和腐蚀疲劳(裂纹因多次承受拉应力而穿过晶粒);但孔眼位于隐蔽位置，其裂纹无法检查也是导致这次事故的一个原因。
【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。
对钢管混凝土拱桥受力分析及性能探讨
对钢管混凝土拱桥受力分析及性能探讨摘要:钢管混凝土拱桥设计是常见而又复杂的实际问题，针对钢管混凝土受力性能及抗震横向对提高拱肋的横向稳固性起到了极大的作用, 一同避开了拱顶段管内混凝土不密实的问题.本文笔者以下进行了分析。
关键词:钢管混凝土;拱桥设计；抗震；分析1 有限元模型简介某大桥的受力分析采用大型通用程序A N-SYS 进行计算.建模时, 拱肋、桥面纵梁、横梁采用空间梁单元, 其中钢管混凝土拱肋段采用双单元法建模, 即在模型离散时, 在同一段有限元模型中将钢管和混凝土分别作为两根杆件输人, 但同时保证二者的节点坐标完全相同, 在相同的节点间建立两个单元, 一个单元赋予钢管的材料属性, 另一个单元则赋予混凝土的材料属性, 这样两种材料的应力—应变关系可以得以输人[4]; 系杆与吊杆采用拉杆单元, 桥面系采用梁格法模拟. 桩基的计算模型是用弹簧支承来模拟地基的水平抗力, 用m 法进行计算.全桥共374 个节点,4 2 个梁单元, 有限元模型见图1图1 某大桥有限元模型2 横向一类稳定计算某桥成桥后进行了静动载测试本文在进行横向稳定计算时, 以静载测试的四个工况为模型的荷载, 计算某大桥在各个工况下的一类稳定系数(特征值)静载试验共进行了 4 个工况: 工况一为按口 4 点弯矩最大; 工况二为拱脚负弯矩最大江况三为拱顶正弯矩最大; 工况四为拱脚推力最大布载。
分析时以管内混凝土填充长度系数α为参数(参数a 含义见图3).0 < a < 0.5 时为复合拱; 当a= O 时为钢管拱; 当a = 0.5 时, 为钢管混凝土拱.计算中不考虑材料的非线性计算结果见图2.图2稳定系数变化趋势图对该桥的弹性一类稳定分析表明, 在各种加载工况下, 一阶弹性失稳模态不受混凝土充填系数a的影响, 均为面外失稳，但α对稳定系数有影响.当a 从0 变化至1/ 12 时, 稳定系数缓慢增长, 最大仅增加4.8% ; 此后, 稳定系数增加较快,当a 趋近L/4 时, 稳定系数均达最大值(除工况三) ; 此后随a 增加稳定系数反而下降, 在α=0.4 17 时达到最低点后又开始上升, 到a =0.5(钢管混凝土拱)时稳定系数达到第二个峰值.因此, 从弹性一类稳定系数来看, 坡充系数太小(小于1/ 1 2) 时管内混凝土对稳定系数提高的作用较小, α在0.25 附近时, 效率最高; 超过0.25 时反而降低了拱的稳定性能, 这可能是此时刚度增加的有利作用小于拱肋自重产生的不利影响. 当然,钢管混凝土拱的稳定系数最大, 但从复合拱的角度而言, 钢管与钢管混凝土在拱肋L/4 处相接, 结构一类弹性稳定性最好。
钢管混凝土桥管节点疲劳性能研究现状
国 内外建 筑结 构行 业 的重 视 ， 是 桥 梁结 构 的轻 型化 但
意 味着受 活载 影响 的疲 劳问题 更加 突 出。尽管 桥桥 ） 但 发 展 速 度 较 Ｆｒ ｔ ，
慢， 同时 结 构形 式 以拱 式 结 构居 多 。 自 ２ ０世 纪 ７ ０年 代 以来 ， 由于世 界海 洋工程 的快 速发 展 ， 心管结 构也 空 得 到 了再 次发展 的 机 会 。冶金 、 接 以及 计 算 机技 术 焊
的进步 ， 受人们 关 注 的管 结 构 相贯 焊 接 节 点应 力 分 备
安 全 和可 靠 ， 明确其 应 力分 布特 征 ， 分 了解 管接 头几 充
６ ５ ６１５× ． ， ６ ６无 缝钢 管 ， 全焊结 构 ） 为 。后来 日本 北 海 道 分 团 又 建 造 了泷 下 （ ａ ａｈｔ） ， 桥 为 Ｓ ４ ０ Ｔ ｋ ｓｉ 桥 该 ａ ＭＡ ９
全焊 正方 形管 （ ５ ｍ 和 ３ ０ｍｍ正方 形 管 ） 架桥 。 ７ ０ｍ ５ 桁 此外 ， 国及 欧洲一 些 国家虽 然也 先 后建 造 了一 些 空 美
（ ． 兴 市 曹娥 江 袍 江 大 桥 建 设 工 程 指 挥 部 ， 江 绍 兴 １绍 浙 ３２ ０ ； ． 南 交 通 大 学 土 木 工 程 学 院 ， １００ ２ 西 四川 成 都 ６０ ３ ） １０ １
摘 要 ： 文 系统地 总 结 了钢 管 混凝 土管 节点疲 劳的研 究情 况 ， 管 节点疲 劳试验 的 开展 情 况做 了较 为详 本 对 细介 绍 ， 分析 了管接 头几何 形状 、 焊后 热 处理 等 因素对 其 疲 劳性 能 的影 响 ， 阐 明 了管 节点 疲 劳研 究 的 并 重点和 今后 主要 的研 究方 向 ， 为今 后 开展 管 节点疲 劳研 究和促 进 我 国桥 梁设 计 规 范的发 展 和 完善提 供
钢管拱桥静载试验应力测试分析
ｓ ｒｅ ｔ ｓ ｓ
【 中图分类号】 Ｕ ４ ４ ｌ
【 文献标 志码】 Ａ
【 文章编号】 １ ０ ０ ７ ． ９ ４ ６ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６ ． ０ １ ３ ０ — ０ ３
［ Ｄ ＯＩ ］ Ｉ Ｏ ． １ ３ ６ １ ６ ￣ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｇ ｃ ｊ ｓ ｙ ｓ ｊ ． ２ ０ １ ５ ． ０ 否能继续 安全可靠的投入 正常运
营。
下部结构空心 闭合 箱型截面 桥墩 ， 承 台采 用整 体式承台 ， 钻孔
灌注桩基础 。 通过测定桥梁试验孔控 制断面在试验静荷载作用下 的应
２ 工 程 概 况
沙河特大桥钢管拱跨越 南水 北调暗渠 ，交叉交角 ３ ４ ． ６ 。 ，
检验桥梁结构实际性能， 如结构的强度 、 刚度等最直接 、 最有效
脚中心 ｌ Ｏ ｍ， 其余 吊杆 间距均为 ５ ｍ。全桥共设 ３ ２ 根 系杆 。每 的方法 。本文通过对沙河特 大桥钢管拱实桥加载试验， 了解桥 幅桥共设 ２ ５ ４道预应力混凝土 中横梁 ，中横梁 采用两幅分离
设置 ， 为简支结构 。 桥面板采用整体现浇桥面板 ， 板厚 ３ ０ ｃ ｍ。
实测控 制截面的应 力、 应 变大小及分布规律 ， 量测荷载作用 下的桥 梁变形情况， 进而掌握桥跨 结构 的工作状 态。
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｝ Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｈｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ａ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ａ ｒ ｃ ｈ ｂ ｉ ｒ ｄ ｇ ｅ ， ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｌ ｏ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｉ ｒ ｄ ｇ ｅ ｔ ｏ ｔ ａ ｋ ｅ ｏ ｎ ， ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｈ ｔ ｅ
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
钢管混凝土拱桥不同拱肋截面参数下的力学性能研究
钢管混凝土拱桥不同拱肋截面参数下的力学性能研究王高峰;杨兰伟;侯章伟;李勇【摘要】以某钢管混凝土拱桥为对象,利用桥梁专用有限元程序Midas Civil建立全桥空间有限元模型,分自重、自重+活载两种工况,计算对比了三种不同拱肋截面参数下结构的静力性能、动力性能和稳定性能.研究结果表明:横哑铃型拱肋(缀板填混凝土)结构与横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土)结构在吊杆受力方面区别较小,相同工况下的横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土)所受轴力以及正挠度均小于前者;四肢桁架拱的位移与前两者相差较大,其负挠度过大;在动力方面,横哑铃型拱肋(缀板填混凝土)与横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土)的自振频率和振型相似,后者基频更高;四肢桁架拱的刚度较低,其自振频率下降较大;在稳定性方面,横哑铃型拱肋(缀板填混凝土)的特征值略高于横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土),四肢桁架拱的特征值过小.【期刊名称】《内蒙古公路与运输》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】8页(P25-32)【关键词】桥梁工程;钢管混凝凝土拱桥;有限元法;静力性能;动力性能;稳定性能;拱肋截面【作者】王高峰;杨兰伟;侯章伟;李勇【作者单位】长安大学公路学院,陕西西安 710064;长安大学建工学院;长安大学公路学院,陕西西安 710064;长安大学建工学院【正文语种】中文【中图分类】U448.213钢管混凝土拱的出现较好的解决了拱肋自重大和施工技术难的问题。
由于钢材的强度非常高，在承受同样荷载的情况下，钢材需要的截面积较混凝土小的多，在不考虑稳定的情况下，钢管混凝土拱可以做的更加纤细轻盈，不仅节省材料，降低造价，增加美感，而且降低了自重，增大了跨越能力；同时，钢管内填充混凝土增强了拱肋的局部稳定性，管内的混凝土在钢管的套箍作用下处于三向受压应力状态，从而充分利用了钢材和混凝土的力学性能，提高了整个拱肋的强度和刚度。
在施工方面，钢管混凝土拱按照先吊装钢管拱肋然后填充管内混凝土的顺序施工。
某钢管混凝土拱桥拱肋拼装力学分析
相对应的计算模 型 ， 通过计 算及对 比分析 ， 出了该拱 桥施工 时拱 轴线允 许偏差 的合理范 围 ， 提 将计 算结
果与现行技术规程进行对 比 ， 验证了文 中所提的加 固方案是可行的。 关键词 ： 钢管混凝土拱桥 ； 拱肋拼装 ； 偏差 ； 力学分析 ； 加固
中图 分 类 号 ： ４ ８２ ２ Ｕ ４ ．２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：ｌ７ — １４ （０２ ｏ— ０３一 ｏ ６２ １４ ２ １）５ ｏ３ ４
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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。
钢管混凝土拱肋吊装的静力与稳定性分析
令。 ： ： √ ） ａ ：：』 ｚ ： 一 ） Ａ （ ｚ、 』等 ， ａ ｚ ｆ ￣ ／１ ） ＇ ６（ ＋ Ｉ 一
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满 足设计 与施工 的要求 ， 要 通过计算 确 定 。 这需
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４ 钢 管拱 肋 吊装 的静 力 分 析
喻 小 明 ，李 树 光
（ 长沙 交 通 学 院 ． 南 长沙 ４ ０ ７ ； 广 州 市 政 园 林 局 １ 湖 １０ ６ ２
摘
要 ：文 中对 单 片 钢 管 拱 肋 的 整 体 吊 装 的 吊 点 位 置 的 选 择 、 吊索 索 力 、 肋 结 构 的 内 拱
力 与位 穆进 行 了静 力计 算 分析 ， 用 近 似 公式 法 对钢 管 拱 肋 面 内屈 曲 和 面 外 侧 倾 的稳 定 性 问 并 题 作 丁 韧步 分析 。 关 键词 ：钢 管拱 肋 ；吊装 ； 力计 算 ；稳 定 眭 静
高使 得单 片拱肋 的整体 吊装施 工成 为可 能 。采 用这 一 施工 工艺 ， 上部 结构 的绝 大部 分构件都 可进行 先预制 ． 后 组 拼装 ， 而 ｒ 从 以大 大 加快 施 工进 度 ， 短 工 期 ， 缩 而 且 更 利于保 证施 『 度 与质量 。本 文 以无风撑 下承式 精
直至 ２ ０世纪 ９ ０年代 后 ， 管 混 凝 土 结构 在 桥 梁 上 大 钢 量应 用 ， 同时解 决 了拱桥 高 强 度 材 料 的应 用 和施 工 它
两 大 难 题 ． 管 混 凝 土 拱 桥 其 自重 轻 、 度 高 、 变 钢 强 抗 形 能 力 强 、 工 方 便 、 型 美 观 等 优 点 而 得 到 了迅 速 发 施 造
钢管 混凝 土系杆 拱桥 为例 ， 该 犬 桥 中孔单 片锕 管拱 对 叻 吊装 的 吊 点 位 置 的 选 择 、 构 的 内 力 与 位 移 等 进 行 结
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。
铁路大跨度钢管混凝土拱桥拱肋管节点的疲劳性能研究
铁路大跨度钢管混凝土拱桥拱肋管节点的疲劳性能研究侯文崎 叶梅新(中南大学 土木建筑学院 长沙 410075)摘 要 在研究大量资料文献的基础上,结合空间有限元分析,对比各种管节点疲劳检算方法的优缺点,研究了空心管节点疲劳检算方法在填心钢管-空心钢管节点疲劳性能分析中的适用性,对我国某在建大跨度铁路钢管混凝土拱桥(Y 桥)拱肋管节点的疲劳性能作了可靠的分析评估,根据分析结果对该桥拱肋管节点的疲劳设计提出了合理建议。
关键词 铁路钢管混凝土拱桥 拱肋 填心钢管-空心钢管节点 疲劳性能STU DY O N FATIGUE P ERFO RMAN CE OF TU BU LAR JO INTSOF RAILWA Y GREAT SPAN CFST ARC H BRID GEHo u We nqi Y e Meixin(Institute of Civil and Arc hitect ural Engineering ,Central SouthUniver sity Changsha 410075)ABSTRA CT On the basis of litera ture ,the author inve stigated the applica bility of the f atigue inspection met hod of hollow tube joints in the f atigue performance analysis of fille d 2hollow steel tube joints ,ma de an evalua tion o n the fatigue pe rfo rmance of the joints of the a rch rib of Y bridge ,which is a cer tain big span railwa y CFS T bridge in co nstr uction 1According to the a nalyzing r esult s ,the a ut hor put forward rea s o nable suggestion for the fatigue de sign of the a rch rib joints of Y bridge 1KEY WO R DS railway CFST arch bridge ar ch rib f illed 2hollow steel tube joint fatigue pe rfor ma nce第一作者:侯文崎 女 1975年7月出生 硕士 讲师Email :hwq7514@sina.co m收稿日期61 概 述钢管混凝土拱桥具有承载力高,整体稳定性好,施工速度快,吊装重量轻等优点,在公路和铁路桥梁中都得到了较广泛的应用。
大跨钢系杆拱桥拱脚节点受力分析及优化设计
图1青城大桥桥型示意图（单位：m）
图2青城大桥标准断面示意图（单位：m）
2拱脚节点构造
青城大桥拱脚节点总长度为18.95 m,拱脚处 拱肋高度7.0 m,拱肋顶板厚度为45 mm,拱肋底
2019年6月第6期
城市道桥与防洪
桥梁结构105
板厚度为50 mm,拱肋腹板厚度为35 mm。拱脚 处钢梁车行道、非机动车道顶板厚16 mm,双边 箱范围系梁顶板厚16 ~ 30 mm,人行道范围顶 板厚12 mm;系梁腹板厚16 -）
3有限元模型及计算方法
拱脚节点有限元局部分析采用“子模型法”， 即先建立较为粗略的全桥板壳单元模型，再将拱 脚节点局部构造进行细化得到局部有限元子模 型。由于该桥需要进行拱脚、吊索锚固、系杆锚固、 横梁等多个局部节点分析，因此先建立全桥板壳 单元模型再细分为多个局部子模型是适宜的。计算 分析时，模型的边界条件、恒载、活载等均在整体模 型层面进行施加,从而减小单独建立局部模型时对 边界条件和内力模拟不准确带来的误差,提高计算 结果的准确性。为减小计算规模，全桥板壳模型单 元尺寸采用1 m,拱脚节点处单元尺寸采用0.1 ~
图7 “零反力法”模拟盆式支座面支承示意图
4结果分析
进过计算，在荷载基本组合作用下,拱脚边腹 板、中腹板、支座隔板等主要板件MISES应力分布
106桥梁结构
城市道桥与防洪
2019年6月第6期
如图8~图10所示。
SMN=380091 SMX=0.347E+09 A =0 B =0.325E+08 C =0.650E+08 D =0.975E+08 E =0.130E+09 F =0.162E+09 G =0.195E+09 H =0.228E+09 I =0.260E+09
钢管混凝土拱桥管节点应力及应力集中有限元分析
1.1.2 钢管混凝土结构的特点
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，是使其二者有机结合的 一种组合结构，其本质上属于箍套混凝土。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺 旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的，按截面形式的不同，可分为方钢管、 圆钢管和多边形钢管混凝土。在实际工程中，应用最广泛的是圆钢管混凝土，且 管内只浇灌素混凝土，不再配置钢筋 日
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（1）简要介绍了钢管混凝土的结构特点及钢管混凝土在拱桥中的发展情况， 提出了钢管混凝土拱桥的设计需注意的问题，并介绍了圣维南原理及其在钢管混 凝土中的应用；
（2）根据已建四管桁式钢管混凝土拱桥—湖南益阳茅草街大桥，选取工程中 三类典型节点—DTY 型、XYT 型、DTDY 型管节点为研究为对象，基于 ANSYS， 建立了钢管混凝土拱桥的节点实体模型，分析和比较了它们的静力性能，讨论了 其应力变化情况；
(3) the analysis and calculation on variation of stress concentrate factor for both concrete-filled steel tubular and hollow steel tubular DTY joints, XYT joints, DTDY joints under the axial strength or axial and bending loadings together function in brace along with the variation of diameter of braces and the included angle of braces and chords the have carried out. The results show that the concrete-filled steel nodes are more obvious than the empty steel tube nodes on stress concentrate phenomenon and as well as nodes under the function of axial strength than axial and bending loadings together function in brace.
钢管混凝土拱桥施工过程的应力监测与研究
收稿日期:2005205227作者简介:朱才明(19702),男,安徽人,工程师,从事道桥工程设计研究工作。
钢管混凝土拱桥施工过程的应力监测与研究朱才明1,刁丽红2,纪翠娜3(1.烟台市城建设计研究院有限公司,山东烟台 264001;2.烟台城乡建设学校,山东烟台 264001;3.鲁东大学交通学院,山东烟台 264001)摘 要:介绍大跨径钢管混凝土拱桥的施工监控理论和方法,对烟台市养马岛跨海大桥主桥建立了有限元分析空间模型,采用空间有限元分析系统(MIDAS/Civil )对整个施工阶段进行了分析计算,并通过该桥全过程的施工监测结果,探索大跨径钢管混凝土拱桥的受力特性。
结果表明,施工控制所采用的计算模型、监测方法和控制方法是可行的。
关键词:钢管混凝土拱桥;施工监控;空间模型;受力特性中图分类号:U448.225 文献标识码:A 文章编号:100927716(2005)04201212021 施工监控理论和方法简介1.1 施工控制方法随着现代科学技术的发展,桥梁施工控制也不断更新,目前常用的控制方法主要有以下几种:(1)外力平衡法,(2)无外力控制法,(3)联合法。
其中外力平衡法包括锚索加载法、水箱加载法和斜拉扣控法三种。
1.2 施工控制理论目前,国内外提出的控制理论主要有:最小二乘法最优控制法、卡尔曼滤波随机最优终点控制方法、灰色理论、模糊理论等。
其中以最小二乘法及卡尔曼滤波法显成熟,应用最广。
钢管混凝土劲性骨架拱桥采用了最小二乘法进行参数识别。
2 烟台市养马岛大桥工程概况烟台市养马岛大桥北接养马岛,南接烟台市牟平区宁海镇。
全桥长507.06m ,全宽26m ,其中行车道宽23m ,两侧人行道宽各3m 。
桥梁总体布置:两端均为6×25m 预应力空心板梁引桥,主桥结构形式为三孔柔性系杆钢管混凝土下承式简支拱。
主孔跨径100m ,两边孔跨径均为50m 。
主孔与边孔拱轴线均采用二次抛物线,主孔矢高19.1m ,矢跨比1/5,边孔矢高11.59m ,矢跨比1/4,吊杆间距均为5.9m 。
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中图 分 类 号 ： ４ ．２ Ｕ４ ８ ２
文献标志码 ： Ｂ
文章 编 号 ：０ ９ ７ ６ （ ０ ０ ０ — ０ ８ ０ １０ — ７ ７ ２ １ ）４ ０ ５ — ３
Ｆａ ｉ ｕ ｔ ｅ ｓＡｎａ ｙ ｉ ｆｔ ｄｅｏ ｔ ｅ ｅａ ｄ Ａｒ ｈ ｂ ｏ ａ ｔｇ ｅＳ ｒ ｓ ｌ ｓｓｏ Ｎｏ ｆＳ ｅ ｖ ｎ ｃ Ｒｉ ｎ ｈｅ Ｓ ｅ ｌＴｕ ｃ ｉ ｅ ｔ ｅ ｂｅＡｒ ｈ Ｂｒｄｇ
器 桥 梁工程
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钢管拱桥 吊杆与拱肋节点 的疲劳应 力分析
裘 新 谷 陈 阶 亮 。 燃 灵 ， 章
（ ． 州 市 建设 委员 会 ， 江 杭 州 ３ ０ １ ； ． 州市 七 格 污 水 Ｕ； 程 建 设 指 挥 部 ， 江 杭 州 ３ ０ ０ ） １杭 浙 １０ ２ ２ 杭 Ｉ ｉ 浙 １０ ５
摘 要 ： 过 有 限元 分 析 的方 法 计算 某 钢 管 拱 桥 １０ｍ 跨 衍 架 钢锚 箱 在 各 种 工况 下 局 部 应 力 产 生 的 应 力 幅 ． 通 ９ 以确 保 吊 杆
与 拱 肋节 点 的安 全 。 关键 词 ： 梁 ； 管 拱 ； 桥 钢 吊杆 ； 点 ； 劳 应 力 节 疲
的最小 应力 。
根 其 最 为 了得到 应 力 幅 ， 要 对钢 锚 箱 进行 不 同荷 载 组 的 吊杆 拉 力 。 据设计 结 构分 析 ， 中 ： 大 的拱 肋 压 需
５ 啼 ８ 鼓求川 盯
２ １ Ｎ ． Ｊ １ ｏ２ ００ ｏ （ｕ）Ｖ１８ ４ ． ．
Ｏ ＭＤ （ ）— ５ 冷 铸 锚 。 吊杆 结 构 见 图 １ Ｖ ＳＫ７５ ， 。
１ 荷 载及 荷载 组合 结 构疲 劳计算 按下 式进 行 ： △ ≤ｆ － △ｏ 。 ］
图 １ １０ 跨 吊杆 结 构 图 ９ｍ
计 （ ） 合 的计 算 。 算 连接部 位 的局 部应 力 时考 虑 了拱 肋 的 １ 进行 了 式 （） ： － １ 中 Ａｏ 为焊接部位 的应力 幅 ； ｏ 为容许应 力幅 。 轴 向压力 和 上下 层 吊杆 的轴 向拉力 ２种 荷 载 ， 『 － △ ］
Ｑ ｕ ｉｇ ， ｈ ｎ ｉ ｉ ｇＺ ａ ｇ ａ ｌ ｇ ｉ Ｘ ｎ ｕ Ｃ ｅ ｅ ａ ，ｈ ｎ ｎｉ Ｊ ｌｎ Ｒ ｎ
某 钢 管 拱 桥 １０ｍ 大 跨 拱 肋 采 用 钢 管 混 凝 土结 ９
构， 拱肋拱 轴线形 为二 次抛物 线 ， 矢跨 比为 １ 。 ／ 其断 面 ４
形 式 为桁架 ， ４５ｍ． ２ ｌ南 ４根 ０ ５ ｉ 的钢 高 ． 宽 ． Ｉ， ６ｌ ９ ０ｍｌ ｌ 管通过腹杆 和上下 平联组成 ， 拱肋 中心距为 ２ ．Ｉ， ９ Ｔ 钢材 ４Ｉ 采用 Ｑ４Ｃ ３ ５ 。纵 向 ４根钢 管 的壁厚 自拱脚 起在钢 管 四 分点 以下为 ２ ４ｍｍ， 以上 为 ２ 腹杆 采用 ０ ０ ｌ ２ ｍｍ； ４０ ｌ ｍｉ ￣ １ ｍ 的钢 管 ； 下 平 联 水 平 向间 距 为 ２０ｍ， 用 ４Ｆ ｌ ｉ 上 ． 采 ０ ０ ｘ ０ｍ 的钢管 。 ５ ０ｍｍ ｌ ｍ 拱桥 通过 吊杆将 桥面 系荷载
Ａｏ＝ｏ． 一 － －， … ￣ （） ２
以下 几 种 荷 载组 合 ： ） 大 的拱 肋 压 力 ＋ 大 的 吊杆 １最 最 拱 肋压 力 ＋ 最大 的 吊杆 拉力 ； ） ４ 最小 的拱 肋 压力 ＋ 最小
２最 最 ３最 式 （ ） ： 为 焊接 部位 的 最大应 力 ； 为焊 接 部位 拉 力 ； ） 大 的拱 肋 压 力＋ 小 的 吊杆拉 力 ； ） 小 的 ２ 中 ～ …
传 到 拱肋 ， 由拱 肋 传 到桥 墩 ， 再 因此 ， 吊杆 是主 要 受 力
构件。 吊杆纵 桥 向间距为 ８ ｌ 横桥 向中心 距为 ２ ． ｌ Ｉ， ｌ ９ ４Ｉ， 由强 度 为 １６ ０ＭＰ ７ ａ的 高强 度镀 锌 钢 丝 外包 Ｐ Ｅ套 制 成， 为工 厂生产 的成 品索 ， 现场安 装 。 层 吊杆规 格 为 上
２ ５０ ｘ ５ ７ｍｍ． 层 吊 杆 为 ２ ８ ０ ｌ ， 采 用 可 换 式 下 ｘ ５ ７Ｉ ｌ均 Ｔ ｎ 双 吊 杆 ， 吊 杆 在 拱 肋 上 呈 “ ” 形 布 置 ， 虑 在 拱 双 十 字 考
肋 锚 固点位 置 受 力复 杂 ， 用 锚箱 方 案 。下层 吊杆 纵 采 桥 向布 置 ， 层 吊杆 横 桥 向布 置 。上层 吊杆锚 具 采 用 上