大跨刚架系杆拱桥动力分析

合集下载

大跨钢结构下承式系杆拱桥设计分析

大跨钢结构下承式系杆拱桥设计分析摘要：本文介绍了一座全钢结构下承式系杆拱桥的设计分析，重点从拱肋、纵横梁、桥面板、吊杆等主要构件方面探讨了桥梁的设计要点，并介绍了桥梁钢结构加工的焊缝形式、焊接质量要求等施工关键控制要点。

关键词：下承式；系杆拱桥；钢结构；焊接质量检验1 引言拱桥结构合理、受力明确、跨越能力大、能够充分发挥材料性能，在大跨桥梁中被广泛应用，同时由于其结构新颖、造型美观，近年来在城市景观桥梁中应用也越来越广泛。

但此类桥梁构造复杂，设计及施工难度均较大。

本文结合工程实例，介绍了一座全钢结构下承式系杆拱桥的设计分析，重点从拱肋、纵横梁、桥面板、吊杆等主要受力构件方面探讨了桥梁的设计构思，并针对桥梁钢结构较多、焊接工作量大的特点，介绍了桥梁钢结构加工的焊缝形式、焊接质量要求等施工关键控制要点。

本文对同类桥梁的设计及施工具有较大的参考价值。

2 工程概况本项目为城市跨河桥梁，由主桥及两侧引桥组成，全长226m，跨径布置为40m（引桥）+106m（主桥）+（2x40）m（引桥）。

主桥为单跨钢结构下承式系杆拱桥，引桥为预应力混凝土现浇箱梁结构，桥梁全宽50m。

桥梁总体布置图3 主要技术标准根据桥梁结构特点、建设规模、使用环境条件等因素，桥梁设计采用的主要技术标准如下：道路等级：城市主干路，设计车速60km/h；结构安全等级：一级，重要性系数：1.1；桥梁设计基准期：100年；荷载标准：汽车荷载：城市—A级，人群荷载：3.5kN/m2；抗震设防烈度：抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度值为0.15g。

4 主桥结构设计本项目主桥为单跨钢结构下承式系杆拱桥，跨径106m，横断面全宽50m。

主桥由拱肋、纵横梁、桥面板、吊杆等主要受力构件组成。

拱肋：主桥横桥向共设置三道拱肋，横向间距19.9m，立面呈非对称形偏态拱，最高点处拱高19m，矢跨比为1/5.6。

拱肋截面呈倒梯形，横截面高度总体呈跨中高两侧低，靠拱脚处截面高1.8m，截面高度向跨中方向逐渐增大，待增大至4.5m后逐渐减小至拱脚处的1.5m。

大跨度钢管混凝土系杆拱桥极限承载力分析

有２０多座 … 。３
程结构设计取用的临界荷载。
．Ｊ早期拱桥极限承载力的分析采用线弹性理论，中具有代表１２几何非线性分析其该方法的前提是假定结构材料为线弹性的，对大跨度结构针性的是弹性屈曲法，弹性屈曲分析是将拱桥理想化为仅受轴向压
质灾害与防治学报，０４，５３：３８．２０１（）８ —７
［］黎良盎，鸡直，３钱李树剐．断层突水机理分析［］煤炭学报，［］张运标．Ｊ．８深埋复杂岩溶区地质灾害分析与治理［］中国地Ｊ．
１９，１２：１ —２．９６２（）１９１３
大跨度钢管混凝土系杆拱桥极限承载力分析
黄
摘
峰章芳芳
（．１中国市政工程中南设计研究总院，湖北武汉４０７；２武汉科技大学城市学院土木系，３０４．湖北武汉４０８）３０３
要：用线弹性、采几何非线性、双重非线性三种方法，大跨度钢管混凝土系杆拱桥极限承载力进行了分析，讨论套箍效应对并
［］岩土工程学报，９５１（）５ —２Ｊ．１９，７６：５６．［］白明洲，兆义，２许王
１６．２
［］邓仁清．６高压富水隧道注浆堵水施工技术及应用［］地下Ｊ．
空间与工程学报，０６２２：６－６．２０，（）２３２７
在弹性极限阶段，对结构建立平衡方程：（］＋］｛８＝［Ａ［）Ａ｝０其中，］弹性刚度矩阵；］［为［为几何刚度矩阵；Ａ为结构

系杆拱桥力学性能分析

系杆拱桥力学性能分析姓名：翟硕学号：73 专业:机电系杆拱桥作为拱桥家族中的一员，具有拱桥的一般特征，又有自身的独有特点。

它是一种集拱与梁的优点于一身的桥型，它将拱与梁两种基本结构形式组合在一起，共同承受荷载，可以充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用。

一、拱形形状系杆拱桥通过细杆与桥体相连，减少桥体由于自重而产生的变形，增加桥体承重能力。

通过合理的设计拱形形状可以使每根细杆所受应力相同，达到最大承重的效果。

如图2所示，为系杆拱桥的简图。

L为桥拱的跨度。

图 2图 1由于桥体重力分布均匀，而每根细杆给桥体力相同，因此可以认为桥体受到均匀载荷q。

受力分析如图3所示。

图 3两只支脚所受力F=qq2⁄在桥面上任意一点所受到的弯矩M=qq(q−q)2假设挠度为ω，转角为θ。

q2q qq =q qqθ=qqqq =∫qqqqq+q解得ω=−qq24qq(q3−2qq2+q3)由胡克定律，每根杆所受应力σ=E qq q其中Δy=−ω由此可知，桥拱形状y=qq24qq(q3−2qq2+q3)当x=q2时，q qqq=5qq 4384qq 二、桥拱简单强度计算对桥拱受力分析，如图4所示图 4其中q 1是桥拱受系杆拉力所等效的均匀载荷，F与q q 分别为桥体给桥拱垂直与水平方向的拉力。

由于桥拱垂直方向受力平衡，故 F =q 1q2在A 点列桥拱右部分力矩平衡q q ∗q qqq +∫q 1qqqq 2⁄0=q ∗q /2解得 q q =48q 1qq5qq 在（x,y ）点处受到的力矩为Mq q ∗q +∫q 1qqq q=q ∗q +q解得 M =q 1(4q 4−8qq 3+5q 2q 2−q 3q )10q 2当 x=(12±√24)q 时， q qqq=−q 1q 2160假设桥拱截面形状为圆形，直径为d 则桥拱所受最大正应力 q 1qqq=q qqq q=q 1q 25qq3三、桥体简单强度计算对进行桥体受力分析，如图5所示图 5假设桥体截面为宽度为b，厚度为c的正方形。

大跨径钢筋混凝土拱桥动力特性分析

（新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院）
摘
要：大跨径钢筋混凝土拱桥是一种广泛应用的桥型。建立了某桥的有限元模型并采用子空间迭代法对
该桥的动力特性进行了模拟分析，得到了其前１２阶频率值和相关振型，结果为该类桥梁的提供了参考。关键词：大跨径钢筋混凝土拱桥；动力特性；振型
中图分类号：Ｕ４４１．２文献标识码：Ａ文章编号：１００８— ３３８３（２０１３）０２—０１０５— ０２
拱桥是一种历史悠久的桥梁结构，结构优美受力明确，在公路上得到了广泛应用。其中大跨径钢筋混凝土拱桥尤为常见，其由主拱圈和拱上建筑组成，主拱圈为主要承重结构。大跨径钢筋混凝土拱桥在运营过程中会受到车辆等动力荷载的作用，同时也可能会受到地震和风荷载的作用，为了使得拱桥在动力荷载作用下的安全运营，因此掌握拱桥的动力特性就显得尤为重要。通常来讲，求解拱桥动力特性的方法有解析法和有限元法，但是由于采用解析法求解非常复杂，而随着计算机技术的进步，越来越多的采用有限元方法求解拱桥动力特性。本文为采用有限元的方法对某大跨径钢筋混凝土拱桥的动力特性进行分析，并对其动力特性进行总结和分析，得到了有价值的结论。１结构的动力特性计算在分析结构的自振特性时，Ｙ构的外荷载项为零，同时由于实际结构中阻尼对自振频率和自振周期的计算影响很小，通常可忽略不计，因而我们通常也不考虑阻尼的作用，结构的动力平衡方程为
即

大跨径系杆拱桥动力特性参数分析

内倾角／（。）
０２４６
横向Ｏ．５２
Ｏ．５８０．６５０．７６
基频／Ｈｚ竖向
１．１３１．１３
１．１３１．２
扭转２．７ｌ
２．７ｌ２．７３２．９
矢高为２７．＇２ｍ，理论拱轴线方程为Ｚ＝０．８Ｘ一０．００５８８２３５３，
解日益增加的交通压力。新一轮的高速铁路和城际轻轨的建设墩相连，一端固定一端滑动。桥上为单线，设计活载为中一活载，
对桥型、桥宽、桥跨、使用要求、荷载等级以及桥梁美学有更高的设计行车速度为８０ｋｍ／ｈ，地震基本烈度为６度，地震动峰值加速
对象，就该桥的整体稳定屈曲特性和自振特性进行了分析。本文管混凝土拱桥的工程实例对此做了相关的分析工作。
以一孔跨度为１３６ｍ的下承式钢管混凝土系杆拱桥为对象，针对
通过有限元模型分析计算，得出的结构动力特性随内倾角变
的腹板连接，腹板间距６５ｃｍ，腹板间不灌注混凝土。拱肋之间共比一定的条件下，内倾角不宜太大，对于内倾角大于６。的情况，可
设１组米字形横撑、６道Ｋ撑，每道横撑均为空钢管组成的桁式结以参考文献［５］。
构。横撑横向钢管外径６００ｍｍ、Ｋ形钢管外径４５０ｍｍ，壁厚均为３吊杆布置形式对结构动力特性的影响
１２ｌａｉｎ，拱肋上弦管横撑及Ｋ撑与下弦管横撑及Ｋ撑分别采用外径２９．９ｍｍ和２４．５ｍｍ，壁厚为１０ｍｍ的腹杆连接。全桥共设ｌ４

大跨度钢管混凝土拱桥受力性能分析

参考内容
基本内容
随着经济的发展和科技的进步，我国基础设施建设规模不断扩大，尤其是大跨度桥梁的建设取得了长足的发展。大跨度钢管混凝土拱桥作为现代桥梁工程的重要类型，具有结构轻盈、跨越能力大、美观环保等优点，因此在公路、铁路和城市交通领域得到广泛应用。
然而，大跨度钢管混凝土拱桥施工过程复杂，涉及众多关键技术，如何确保桥梁施工过程中的稳定性、安全性和精度控制成为亟待解决的问题。本次演示旨在探讨大跨度钢管混凝土拱桥施工控制方面的研究，以期为类似桥梁工程建设提供理论支持和实践指导。
参考内容二
一、引言
随着现代工程技术的不断发展，大跨度桥梁的设计和施工越来越受到人们的。大跨度桥梁不仅在视觉上提供了宏大的景观效果，而且在功能上满足了跨越大型河流、峡谷或其他复杂地形的需求。在众多大跨度桥梁中，大跨度钢管混凝土拱桥因其独特的结构特性，如高强度、耐久性好、造价低等，而在桥梁工程中具有广泛的应用。
在实验研究方面，学者们通过制作缩尺模型、全桥模型等进行了各种加载实验，以探究拱桥的受力性能。这些实验表明，大跨度钢管混凝土拱桥具有良好的承载能力和变形性能，同时拱脚处容易出现裂缝。尽管实验研究在某些方面取得了成果，但仍存在实验条件与实际环境有所差异等问题。
本次演示主要研究大跨度钢管混凝土拱桥的受力性能，借助完善的理论和实验设施，旨在探寻拱桥结构中应力、应变和强度等指标的变化规律。首先，运用有限元软件建立大跨度钢管混凝土拱桥的数值模型，进行静力分析和模态分析，以获取拱桥在自重作用下的应力分布和振动特性。
文献综述
大跨度钢管混凝土拱桥的非线性地震反应研究已经取得了不少进展。国内外学者通过理论分析、实验研究及数值模拟等方法，对拱桥的地震响应进行了深入探讨。已有的研究主要集中在以下几个方面：

大跨度钢管混凝土系杆拱桥动力特性与吊杆索力研究

大跨度钢管混凝土系杆拱桥动力特性与吊杆索力研究大跨度钢管混凝土系杆拱桥动力特性与吊杆索力研究摘要：本文通过对大跨度钢管混凝土系杆拱桥的动力特性和吊杆索力进行研究，探讨了拱桥在不同环境条件下的振动响应和结构稳定性，并对吊杆的索力进行了定量分析，为拱桥的设计和施工提供了重要的参考。

一、引言大跨度钢管混凝土系杆拱桥作为一种重要的桥梁结构形式，具有承载能力强、施工周期短等优点，在公路和铁路交通中得到广泛应用。

然而，由于其特殊的结构形式和较大的自由度，其动态响应和结构稳定性问题备受关注。

为了保证拱桥结构的安全性和稳定性，必须对其动力特性和吊杆索力进行系统研究。

二、拱桥动力特性分析1. 拱桥动态响应在外界作用下，拱桥会发生振动，为了准确描述拱桥的振动特性，可以采用振动微分方程对其进行建模。

根据大挠度弯曲理论和伯努利梁理论，可以得到拱桥的自振频率与振型。

通过数值分析方法（如有限元法）可以计算出拱桥的模态参数，进一步得到拱桥在不同外界荷载下的振动响应。

2. 拱桥结构稳定性分析拱桥的结构稳定性是保证其正常运行和使用的重要指标。

在拱桥受到垂直荷载作用时，产生的压弯效应会引起拱腹部位的弯矩增大，为了防止其发生屈曲破坏，需要对结构稳定性进行分析。

通过有限元分析方法，可以计算出拱桥在不同加载条件下的临界荷载和临界弯矩，从而评估结构的稳定性。

三、吊杆索力研究吊杆作为拱桥的重要组成部分之一，起着支承和传力的作用。

正确评估吊杆的索力对于拱桥的设计和施工具有重要意义。

通过应力平衡方程和静力平衡条件，可以得到吊杆索力的计算公式。

在实际工程中，还需要考虑吊杆材料特性、吊杆几何形状等因素，进一步修正吊杆索力的计算结果。

四、结论本文通过对大跨度钢管混凝土系杆拱桥的动力特性和吊杆索力进行研究，得出以下结论：1. 拱桥的动态响应受到外界荷载和结构自身特性的影响，需要通过数值分析方法进行模拟和计算。

2. 拱桥的结构稳定性与其截面形状、材料特性和外界荷载等因素密切相关，需要通过有限元分析方法进行评估。

13-大跨径钢管混凝土系杆拱桥动力特性分析

城市道桥与防洪2012年3月第3期收稿日期：2012-01-09作者简介：宋晓妤（1969-），女，浙江绍兴人，高级工程师，从事道桥工程建设施工管理工作。

宋晓妤（绍兴袍江大桥建设工程指挥部，浙江绍兴312071）大跨径钢管混凝土系杆拱桥动力特性分析摘要：该文介绍了利用M IDAS/Civil建立袍江大桥空间模型。

其主拱、边拱、吊杆横梁和桥面系采用梁单元、板单元模拟，吊杆和系杆用只受拉单元模拟，并对其进行模态分析提取桥跨自振特性。

与实测值进行比较，查看基本振动形态，得出该桥实测模态与理论计算模态较吻合，且面内振动频率符合简化计算公式规律，该桥动力特性优良。

关键词：飞燕式钢管混凝土拱桥；有限元；自振特性；模态分析；袍江大桥；绍兴市中图分类号：U448.22+5文献标识码：A文章编号：1009-7716（2012）03-0052-020前言钢管混凝土系杆拱桥的出现顺应了拱桥不断向大跨度、轻型化方向发展的趋势。

飞燕式系杆拱桥是拱桥中极具特色的一种桥型,由主跨、边跨、主拱墩及系杆四大部分组成。

由于钢管混凝土拱桥跨度大，质量轻，其本身刚度小，同时在设计中又很少考虑其动力特性，从而给此类拱桥的运营带来安全隐患。

目前关于该类桥型设计与施工方面的文献报道已较多,但对成桥后结构自身固有动力特性进行分析的文献还较少。

本文以绍兴市袍江大桥（五跨飞燕式钢管混凝土拱桥）为研究对象,通过对成桥模态试验，得出其自身的动力特性，并结合理论计算分析，评定成桥的结构特性和设计效果。

1桥梁概述袍江大桥位于浙江绍兴袍江经济技术开发区，主桥为带飞燕式边拱的五跨连拱中承式钢管混凝土系杆拱桥。

跨径为40m+3×185m+40m，拱轴线形式为二次抛物线，矢跨比为1/4，拱肋截面形式为桁架式。

桥面宽45m，吊杆横梁通过湿接头与桥面板联成整体，在承受二期恒载和活载时成为钢混叠合梁。

设计荷载为汽车—超20级，挂车—120，人群活载为4.0kN/m2。

大跨径钢桁架拱桥的简单动力特性分析

他动力分析、瞬态动力分析、谱分析和谐响应分析的基础。目前求解自振频率和固有振型通用的方法是将结构作为弹性体，采用ＳＰ００Ａ２０程序建立空间有限元模型来计算。
ｌ大宁河特大桥整体概况
图１全桥整体布置图
大宁河特大桥位于重庆市巫山县巫峡镇，垂直跨越大宁河，是国家重点公路杭州至兰州线重庆巫
该模型忽略了基础工程的影响，按照真实桥梁的组成来模拟，不考虑桥面铺装、防撞护栏、人行道栏杆等对桥梁结构刚度的作用，只考虑它们的附加质量，较为真实地反映桥梁结构的实际几何关系及质量分布。全桥采用框架单元模拟，共有单元３２４９振频率（特征值）；为第ｉ振振阶自
型向量。
在结构动力特性分析中，Ａ２０程序提供了ＳＰ００
精确的动力分析方法，采用有限元计算的平衡方程
２有限元模型的建立．２
有限元模型的模拟着重于结构的刚度、质量和
图３大宁河大桥主桥的有限元模型
利一里兹（ａｌｇ— ｉ）、ＲｙｉＲｔ法子空间迭代（ｕｓａｅｅｈｚＳｂｐｃ）法、兰索斯０ｎｚｓ瑞利（ａｌｇ）ａｃ）ｏ￣、Ｒｙｉ商迭代法、ｅｈ行列式搜索法等多种方法。子空间迭代法使用自空间迭代技术，内部使用广义雅可比迭代算法，该方法采用了完整的和矩阵，计算精度很高，Ｐ００Ｓ２０程序采用Ａ此方法，用非常简单但很强大的递推关系，使得多项
图２上下拱圈截面示意图
山至奉节段高速公路上的一座在建中的特大钢桁架拱桥。全桥长６２ｒ，８ｌ其中主桥上承式钢桁架跨度为ｌ

大跨度刚架系杆拱桥的动力特性分析

研究是非常有必要的。本文用Ｓｕｍ系列检验来证利ｔｒ实所要求的特征值和相应特征向量确已算出。
１２分析模型确定．
跨比最小的茅草街大桥为工程背景，刚架系杆拱对
桥的动力特性进行系统的分析，以便为这类拱桥的
非常重要的一种。刚架系杆拱桥是因为拱和墩连接处为刚结点，
的广义特征值问题：
［］咖｝＝∞ ［｛Ｋ｛；肘］咖｝（）１式中［］［分别为结构的总质量矩阵、、］总刚度矩阵，咖｝第ｉ｛为阶模态的振型向量，第阶模 ∞ 为态的固有频率。有许多数值方法可以求解方程（）１
１）确定ｑ初始迭代向量，使ｑ＞，中Ｐ个且Ｐ其是要计算的特征值和特征向量的个数；２）对ｑ个向量同时施行反迭代，用Ｒｔ分析并ｉｚ从ｑ个迭代向量中选出 “ 好 ” 征值和特征向量最特
的近似值；
结构力学模型是参考茅草街大桥的设计，过经简化而来，模拟主要构件，化次要构件，映刚架简反
系杆拱桥的一般性构造。在突出所有要研究的问
设计提供参考，在设计中有所侧重 ¨ 。ｌｊ
１理论计算模型的确定
大跨度刚架系杆拱桥的动力特性分析
苏德沛。张
（．１湖南大学土木工程学院，湖南长沙
辉。连华。王
４００）１０４

大跨连续钢构桥动力特性分析

大跨连续钢构桥动力特性分析以某大跨度连续刚构桥为工程背景，利用大型通用有限元分析软件ANSYS 建立该桥的空间实体模型，计算分析桥梁的自振频率及相应振型。

结合动力荷载试验以及结构固有模态参数的实桥测试，了解桥跨结构的动力特性以及各控制部位在使用荷载下的动力性能，为大桥以后的运营养护管理提供必要的数据和资料。

标签：连续刚构桥；动力特性；有限元分析；动载试验1 前言大桥主桥为三跨预应力钢筋混凝土连续刚构桥，跨径布置为：62.78m+110m+62.78m=235.56m，大桥全宽24.5m，左右半幅桥面宽度均为11m，中央带间距2.5m。

该桥采用悬臂浇筑法施工，梁体采用单箱单室三向预应力变高度箱型断面。

箱梁根部高6.5m，跨中段梁高 2.5m。

主桥桥墩采用双肢薄壁实体桥墩，主桥上部结构箱梁混凝土采用C50，主桥墩身采用C40混凝土，承台及桩基、引桥桥墩及桥台混凝土采用C30。

2 有限元分析采用大型通用有限元分析软件ANSYS建立空间实体模型，经分析大桥的前3阶频率如表1所示，模态如图1所示。

3 动载试验通过动力荷载试验以及结构固有模态参数的实桥测试，了解桥跨结构的动力特性以及各控制部位在使用荷载下的动力性能（振幅、速度、加速度及冲击系数等），除了可用来分析结构在动荷载作用下的受力状态外，还可验证或修改理论计算值，并作为结构设计的依据，为大桥以后的运营养护管理提供必要的数据和资料。

3.1 脉动试验-自振频率测试脉动试验通过采用高灵敏度的拾振器和放大器测量结构在环境激励下的振动，然后进行谱分析，求出结构自振特性。

通过对拾振器拾取的响应信号进行谱分析，可确定桥梁的自振频率分和振型。

将传感器置于测点上，由其拾取桥梁结构在大地脉动作用下的振动响应，采样时间30分钟，采样频率为100Hz。

从上表可以看出，纵向漂移振型的第一阶频率为0.781Hz，比计算值0.2234Hz 相比大了许多，这其中主要的原因是计算模型对大桥两端边界条件模拟的误差，计算模型中按理想状态考虑主梁两端均为纵向滑动支座，不提供任何纵向约束刚度。

大跨度钢桁架拱桥技术分析

度在拱顶处为18m,在拱趾处为57m。

由于靠近拱趾处的下弦，受力较大，拱的推力几乎全由下弦承受，所需的截面面积远远大于其他的下弦杆。

为了拼接方便，所有下弦杆的截面宽度相等，同时还考虑到减少杆件的受风面积，并加强弦杆的侧向刚度，故下弦杆选用了4块腹板组成的箱形截面[1]图2弗里芒特桥1.3新河谷桥美国西弗吉尼亚的新河谷桥建于1977年（见图3）,该桥全长923.5m,主跨跨径为518.20m,宽22m,在水面以上268m立柱的箱形截面o江长江大桥在建设过程中，分别对H截面的压杆稳定、15MnVN钢的性能、56mm 的厚板焊接技术等方面进行了专题研究［1］。

2大跨度钢桁架拱桥建造的关键问题2.1大跨度钢桁架拱桥的钢种选用原则［2〜3］(1)充分掌握各种钢材的强度特性，以便能图4傍花大桥1.5九江长江大桥九江长江大桥位于风景秀丽、闻名中外的庐山脚下的白水湖畔(见图5)。

主桥采用3跨刚性图5九江长江大桥梁柔性拱方案，主跨布置为：180m+216m+180 m。

在三大拱中，中拱矢高32m,边拱矢高24m。

其钢桁架梁高度约为16m,宽度为12.5m。

全桥采用15MnVN钢，焊接最大板厚为56mm。

九针对各杆件的应力状态合理地选用钢种，使所选钢材的强度得以充分利用。

(2)在杆件的连接部位，为了不使截面尺寸发生过大的变化，。

(3)行,,。

(,。

2.2大跨度钢桁架拱桥的节点设计注意事项[4] (1)尽可能使同一节点的各杆件截面的重心轴交汇于一点，以免由于偏心的影响而增加杆件的次应力。

(2)为使杆件端头的连接螺栓受力均匀，应使螺栓群的重心布置在杆件截面的重心轴上。

(3)节点构造应紧凑刚劲，各杆件应尽量伸入节点，使节点板变小，从而可减少节点刚性次应力，并可加强节点外刚性。

(4)对于大型的整体节点，因为其细节构造复杂，应对其进行模型试验研究。

通过试验掌握节点的疲劳容许应力、极限承载能力等基本数据，为节点设计提供保障。

2.3大跨度钢桁架拱桥的动力分析[5] 大跨度钢桁架拱桥的动力分析，主要包括自振特性分析、移动车辆荷载下的强迫振动、桥梁的抗风与抗震分析。

大跨刚架系杆拱桥吊杆力优化

外包Ｐ钢绞线。两个主墩为双柱式门形刚构墩，由矩形Ｅ（． ×３２）桥墩和矩形横梁（． ×３Ｏ）组成，墩柱５０．ｍ４５．ｍ横梁上方及横梁为预应力混凝士结构，采用Ｃ０５混凝土。基础结构为钻孔桩基础。桥面为有砟轨道结构形式，该桥设铁路等级为客运专线，设计速度为２０ｍｈ０ｋ／，预留提速至２０ｍｈ５ｋ／。全桥结构立面图参见图１。刚架系杆拱桥是一种复杂的结构体系，施工工艺复
图１刚架系杆拱桥立面图
２拱桥吊杆力优化方法
刚架系杆拱桥是高次超静定结构，而目
力的改变对全桥的受力状态都有一的影响定此特点，可以通过改变传递构件（杆和帛系
箱形截面顶板主跨处两侧悬臂板的长度４５，边跨处．ｍ两侧悬臂板的长度２５。共设置了１片吊杆横梁，且为外．ｍ４
调整全桥结构的受力状态，使主梁的内力和期望状态或使全桥的受力状态达到设计者理的成桥状态和成桥时吊杆内力的方案有ｉ目刚性支承连续梁法 “、最小弯曲能量法、应力平衡法等等，不同的方法会得到不同
态。刚性支承连续梁法就是求一组恒载张
１前言
的方法，它对该类桥成桥状态的确定有着
义
某刚架系杆拱桥跨径布置为３．５１８３．５，结构１７＋２＋１７ｍ体系特点为拱墩固结、梁墩分离。主拱拱肋为等截面钢箱双肋平行拱结构，钢箱拱肋截面高３５】．Ｊｌ，宽１２０，顶、．０ｍ底板由跨中２ｒ分段变厚至拱脚３ｒ，腹板由跨中２ｒ分０ｍａ２ｍａ０ｍａ

大跨钢拱结构动力特性分析

大跨度空问结构是目前发展最快的结构类型之一，广泛地应用于各种公用建筑中，由于钢结构具有自重轻、承载力高、刚度大、抗震性能好及施工速度快等独特优点，因此是大跨度建
筑最为理想的结构形式［。正是这些优点通常更多的注 Nhomakorabea力１］
集中在研究其静力作用下的稳定性和在风荷载作用下动力响应上，而忽略了对该类结构动力特性及抗震性能的深入研究。
２１０２年第Ｏ期５总第１７期６
福
建
建
筑
ＮＯ５・２１Ｏ０２Ｖｏｌ・１７６
ＦｉｎＡｒｈｔｃｕｅ８ｏｓｒｃｉｎｕｉｅｉｔｒＣｎｔｔａｅｕｏ
大跨钢拱结构动力特性分析
麻文娜
（西安欧亚学院陕西西安７０６）１０１
约５０ｍ。属于大跨度钢拱架结构。本文主要研究体育馆结００２构的主体刚架部分（２。主体刚架有如下特点：图）（）建筑外形为大跨度网格式弧形钢拱结构，１其整体俯视平面为８．ｍ６５的矩形，１榀横向钢拱架通过刚性５３ｘ４．ｍ共１
＾ — Ａ－，２ｎ
（＇ｎＥｕａｉｉｅｓｔＸｉｎ７０６）ＸｉｒｓａＵｎｖｒｉａｙ＇１０１ａ
ＡｂｔａｔＯｎｔｅｂｃｇｏｎｆａｌｌｓａｔｅ－ａｃｙｓｒｃｈａｋｒｕｄｏｇ— ｐｎｓｅｌｒｈｇｍｎａｉｍｎａｕｉｅｓｔｏｒｓｕｉｎｖｒｉｙ，Ｂａｅｎｔｅｔｅｒｆｄｎｍｉｉｉｅｅｅｎ，ｓｒｃｕｅｍｏｌｓｄｏｈｈｏｙｏｙａｃｆｎｔｌｍｅｔｔｕｔｒｄｅｉｓａｌｓｅｙＳＡＰ２００ａｄｔｅｓｒｃｕｅｄｎｍｉｈｒｃｅｉｔｃｒｂａｎｄａｔｒａａｙｉｈｓａｌｈｅｏ１ｓｅｔｂｉｈｄｂ０ｎｈｔｕｔｒｙａｃｃａａｔｒｓｉｓａｅｏｔｉｅｆｅｎｌｚｎｇｔｅｅｔｂｉｄｍｄｅ．Ｍｅｎｉｓａｗｈｌｅ，ｔｅｉｆｕｎｃ — ｈｎｌｅｅｄｅｇｅｆｔｅｒｌｔｄｐｒｍｅｅｓｔｙａｃｃｒｃｅｉｔｃｆｓｒｃｕｅｉｔｄｉｙｃａｇｎｈａａｔｒｆｓａｒｅｏｈｅａｅａａｔｒｏｄｎｍｉｈａａｔｒｓｉｓｏｔｕｔｒｓｓｕｅｂｈｎｉｇｔｅｐｒｍｅｅｓｏｐｎ，ｒｓ－ｓａａｉ，ｓｐｐｒｏｄ— ｄｉｅｐｎｒｔｏｕｏｔｃｎｉ

大跨无推力刚性系杆刚性组合拱桥分析建模方法及受力性能分析

道路桥梁Roads and Bridges56大跨无推力刚性系杆刚性组合拱桥分析建模方法及受力性能分析唐旖旎（重庆交通大学土木工程学院 400074）中图分类号：U45 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2017）04-0056-01摘要：为探索大跨无推力刚性系杆刚性组合拱桥的受力特性，本文以某钢箱—混凝土组合系杆拱桥为研究对象，采用MIDAS/CIVIL有限元软件对该桥进行建模和计算，分析该桥的结构特性及其受力性能。

在建模时考虑单元选取、边界条件、构件连接方式、荷载处理方式。

分析得出该桥的稳定性及内力，为这一类拱桥的建模方式提供理论依据。

关键词：大跨；无推力拱桥；刚性系杆刚性拱；有限元建模方法引言：三跨式钢箱拱桥是一种极具有特色的桥型, 将刚构与拱两种基本结构形式组合起来，组合体系拱桥可划分为有推力拱和无推力拱两种类型。

其中无推力的拱式组合体系受力特点是：主梁恒载及活载由吊杆传递给拱圈, 再由拱圈传递给桥墩,再由桥墩传递到基础，减小了主梁承受的弯矩，减小了主梁截面高度; 水平方向拱圈受力后将水平力传给桥墩，边拱的水平力传给主梁。

该组合体系拱桥把主要承受压力的拱肋和主要承受弯矩的主纵梁结合起来共同承受桥面荷载和水平推力，充分发挥被组合的简单体系的结构特性及组合作用，具有拱桥的较大跨越能力以及简支梁桥对地基适应能力强的两大特点，保证较大的桥下净空且造型美观，是一种较优越的桥型，广泛应用于城市桥梁的建设中。

1 桥梁工程概况及结构特点1.1桥梁工程概况本文依据的桥型为80m+150m+80m三跨连续的下承式钢箱拱桥，桥宽 60m，拱轴线采用悬链线，矢跨比：主跨 1/4.29、边跨 1/3.64。

横桥向设置 3 片竖向垂直拱肋，横向两片拱肋的间距均为24m。

主拱肋和副拱肋均采用等截面钢箱，吊杆采用纵向双吊杆。

主拱拱肋设置风撑 5×2 共10道，各横撑均为钢箱截面，副拱拱肋不设风撑。

主纵梁截面形式为钢箱，次纵梁截面形式为工字钢，支撑横梁截面为变截面钢箱，普通横梁截面为变截面工字钢。

系杆拱桥力学性能分析

系杆拱桥力学性能分析姓名：翟硕学号：3120100873 专业:机电系杆拱桥作为拱桥家族中的一员，具有拱桥的一般特征，又有自身的独有特点。

一、拱形形状系杆拱桥通过细杆与桥体相连，减少桥体由于自重而产生的变形，增加桥体承重能力。

通过合理的设计拱形形状可以使每根细杆所受应力相同，达到最大承重的效果。

如图2所示，为系杆拱桥的简图。

L为桥拱的跨度。

图2图1由于桥体重力分布均匀，而每根细杆给桥体力相同，因此可以认为桥体受到均匀载荷q。

受力分析如图3所示。

图3两只支脚所受力F=qL2⁄在桥面上任意一点所受到的弯矩M=qx(L−x)2假设挠度为ω，转角为θ。

d2ωdx2=M EIθ=dωdx =∫MEIdx+C解得ω=−qx24EI(L3−2Lx2+x3)由胡克定律，每根杆所受应力σ=E Δy y其中Δy=−ω由此可知，桥拱形状y=qx24σI(L3−2Lx2+x3)当x=L2时，y max=5qL4 384σI二、桥拱简单强度计算对桥拱受力分析，如图4所示图 4其中q 1是桥拱受系杆拉力所等效的均匀载荷，F 与F N 分别为桥体给桥拱垂直与水平方向的拉力。

由于桥拱垂直方向受力平衡，故 F =q 1L 2在A 点列桥拱右部分力矩平衡F N ∗y max +∫q 1xdx L 2⁄=F ∗L/2解得 F N=48q 1σI5qL2 在（x,y ）点处受到的力矩为MF N ∗y +∫q 1xdx x=F ∗x +M解得 M =q 1(4x 4−8Lx 3+5L 2x 2−L 3x)10L 2当 x=(12±√24)L 时， M max =−q 1L 2160假设桥拱截面形状为圆形，直径为d 则桥拱所受最大正应力 σ1max=M max W=q 1L 25πd 3三、桥体简单强度计算对进行桥体受力分析，如图5所示图5假设桥体截面为宽度为b，厚度为c的正方形。

大跨钢系杆拱桥拱脚节点受力分析及优化设计

336
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