高速铁路下承式钢箱系杆拱结合桥的受力分析
下承式系杆拱桥
浅谈下承式系杆拱桥的设计
摘要下承式系杆拱是一种无推力的拱式组合体系,是外部静定结构,兼有拱桥的较大跨越能力和简支梁桥对地基适应能力强的两大特点,当桥面高程受到限制而桥下又要求保证较大的净空(桥下净跨和净高)时,无推力的拱式组合体系桥梁是较优越的桥型。从设计方案选择、结构设计与施工等方面对沧黄高速跨线大桥进行了介绍。
1 概况
沧黄高速跨线桥位于沧宁公路沧县段捷地乡大贾庄村北,中心桩号K1 + 414. 049,上跨沧黄高速公路。交叉处沧黄高速公路平面位于半径R = 7000m的左偏平曲线上, 中心桩号CHK12 + 420。交角90°,设计标高16. 189m,该桥上部结构为1 - 20m预应力箱梁+ 1 - 50m下承式系杆拱+ 1 - 20m预应力箱梁;下部结构采用柱式桥墩、肋板式桥台,墩台下接承台,基础均为钻孔灌注桩群桩基础; 桥梁净宽11. 5m;汽车荷载等级为公路- Ⅱ级标准。该桥桥型布置如图1所示。
2 方案比选
在桥梁建设中,桥梁方案的确定是非常重要的,尤其大跨径桥梁更是如此。在初步设计阶段我们拟定了两个方案:
方案一: 1 - 20m预应力箱梁+ 1 - 50m下承式系杆拱+ 1 - 20m预应
力箱梁,桥梁总长90m,概算总造价为644. 8 万元(含引道) ,其中跨线桥造价303. 9万元。本方案的的优点是: ①一跨上跨沧黄高速,桥下净空大,视野开阔,为将来沧黄高速改建留有较大余地; ②建筑高度小,填土高度低,总造价低; ③桥型美观,与周围环境相协调,建成后将成为沧黄高速的一个亮点。但本方案施工工艺较复杂,
钢桥的主要结构形式与受力特点解析
朝天门长江大桥 工程全长4.881公里， 由主桥、东西引桥 及黄桷湾、弹子石、 对山、五里店等4座 立交组成。
其中，大桥主体工程全长1741米，主桥为932米，有两座主墩， 主跨达552米。建成后的大桥，分为上下两层。上层为双向六 车道，行人可经两侧人行道上桥；下层则是双向轻轨轨道，并 在两侧预留了2个车行道，可保证今后大桥车流量增大时的需 求。
钢板梁桥
史密斯大道高桥（The Smith Avenue High Bridge），是一 座两车道的街道跨河钢板梁 桥。 原桥建于1895年，在1905 年被一场风暴摧毁。最南端 的五跨曾被重建。由于年久 失修，旧桥在1985年被拆 除。。 一座新的大桥于1987年建成通车大桥全长844.2m，两个
钢梁式桥按主梁形式还可以分为：
钢板梁桥(steel plate girder bridge)
钢箱梁桥(steel box girder bridge)
钢桁梁桥(steel truss girder bridge)
目前梁式桥最大跨度的是1917年建成的加拿大魁北克公路铁路
两用悬臂钢桁梁桥，跨度达到548. 8 m。
在桥墩上连续的称为连续梁桥(continuous bridge)。
在桥墩连续，在桥孔内中断，线路在桥孔内过渡到另一 根梁上的称为悬臂梁桥(cantilever bridge) 。
跨京沪高速下承式钢管混凝土系杆拱桥施工安全浅谈
跨京沪高速下承式钢管混凝土系杆拱桥施工安全浅谈
作者：陈晓东
来源：《中小企业管理与科技·中旬刊》2014年第04期
摘要：钢管混凝土系杆拱桥是一种结构受力合理、线性美观的结构体系，解决了拱桥高强度材料的应用和少支架施工的两大难题，能极大的保证桥下高速公路的净空，在桥梁上得到迅速的发展。但系杆拱桥施工涉及到桥下高速公路行车安全及自身施工安全现场掌控难度大，本文通过宁启铁路跨京沪高速公路特大桥1-64m系杆拱工程实例阐述下承式钢管混凝土系杆拱桥的施工工艺和施工安全重难点控制。
关键词：下承式拱桥跨高速公路施工施工安全控制
1 工程概况
宁启复线电化工程新建跨京沪高速公路特大桥全长1946.56m。其中主墩26#～27#墩采用下承式 1-64m钢管混凝土系杆拱跨越京沪高速公路。系杆拱全长67m，计算跨度64m。矢跨比为1/5，拱肋矢高12.8m。拱肋采用二次抛物线形。设计拱轴线方程为：Y=-（X-32）
/80+12.8。拱肋设计为平行拱肋，拱肋截面采用哑铃型钢管混凝土截面。拱肋内采用C50无收缩混凝土填充。两拱肋之间共设3道横撑，拱顶处设一字撑，拱顶至拱脚间设2道K型横撑。横撑钢管内部不填混凝土，其外表面须作防腐处理。全桥共设吊杆7×2=14组，吊杆见顺桥向间距为7m。每根吊杆索体由73根φ7高强度低松弛镀锌平行钢丝束构成，索体采用PES低应力防腐索体，并外包不锈钢防护。系梁采用单箱三室预应力混凝土箱形截面。
2 施工工艺
该梁采用先梁后拱的施工方法。跨越高速公路处系梁搭设门式支架，高速公路两侧采用满堂碗扣支架，支架搭设预压、钢筋绑扎、拱脚安装完毕后进行系梁混凝土浇筑。张拉首批钢绞线。吊车上梁，在系梁上搭设分离式支墩并分节对称吊装钢管拱肋加以焊接，选择合适的温度进行拱肋合拢段焊接。最后从拱脚向拱顶分次将混凝土连续泵入钢管拱内。
下承式钢管混凝土系杆拱桥的施工阶段力学研究与稳定性分析
下承式钢管混凝土系杆拱桥的施工阶段力学探究与稳定性分析
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序言
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下承式钢管混凝土系杆拱桥结构设计探讨
专 版 Ｉ
下承 式钢 管 混凝 土 系杆 拱桥 结构 设计 探讨
口 邓 勇 诚
摘 要 ： 文 分别 从 桥 梁 结 构 主 体 受 力 体 系 ， 面 以 及 连 接 体 系 等 方面 详 细 阐述 了 下 承 式 钢 管 混 凝 土 系 杆 拱 桥 本 桥 结构设计要点。
的 调 研 和 分析 ， 成 了四 种 钢 管拱 的 可选 桥 型。 形
但造 价高： 应力 混凝 土横梁 自重大、 工及 运输复 杂、 预 施 吊装 安 装难 度 大 、 全储 备 小 ， 经 济 实 惠 、 于 保 养 ， 外 也 增 加 了桥 安 但 便 另
梁 的整 体 刚 度 。设计 实施 横 梁 为预 应 力 混凝 土小 箱 形 断面 ， 高 梁
架 施 工 ， 向稳 定 性 好 ， 高 次 超 静 定 结 构 。 由于 本 桥 地 基 基 横 是 础 条件 好 ， 孔 桩 全 部 嵌 入 微 固 化 岩 层 ， 可 防 止基 础 下 沉 对 钻 故 超 静 定 结构 造 成 附加 影 响 ，这 为本 方 案 的 选 用 起 到 了主 要 作
工 ， 在 防 撞 、 腐 、 火 等 方 面做 详细 的 工作 。 并 防 防
１ ３ 拱 弦 体 系 系杆 拱 ． 拱 在 拱 脚 处 利 用 纵 向 体 外 束作 拉杆 ，同 刚 架 系杆 拱 结 构 。 上部结构独 立， 部整体简支 ， 静定结构 ， 外 为 受力 明 确 ， 工 系 施 杆张拉分多次实施， 作复杂 ， 面刚度较柔。 操 桥 １４ 拱 弦体 系 系杆 拱 的 变 种 体 系 ． 由 于该 桥 为 ２Ｘ１ ５ 跨 拱 ， 采 用 中 墩 处 拱 、 刚结 ， ２ ｍｚ 可 墩 边 墩 在 拱 脚 处拱 、 刚 结 ， 梁 形 成 简 支 ， 少 温 度 力 及 活 载 对 梁 墩 减
大跨度下承式拱桥拱梁结合段设计
Value Engineering
1工程概况
金鸡达旦河大桥位于G4216
华坪至丽江高速公路大理连接线（丽江段），为跨越达旦河及二级道路所设。金鸡达旦河大桥采用265m 下承式钢箱系杆拱桥，是目前国内跨度最大的下承式钢箱系杆拱桥。大桥主拱理论计算跨径265m ，拱轴线为悬链线，矢高53m ，矢跨比1/5，拱轴系数m=1.3。
2拱梁结合部设计
下承式系杆拱桥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，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用，拱端的水平推力用系杆承担。拱桥内部为超静定体系，外部则为静定，对基础要求较低，具有较强的适应性。
系杆拱桥拱梁结合部的受力问题直接关系到整个桥梁结构的承载能力和跨越能力，关系到桥梁设计是否合理[1]
。拱梁结合部作用着拱的推力、系杆的拉力、整个桥跨结构的支承反力，使节点处于多向受力的复杂受力状态[2]。
下承式钢箱系杆拱桥拱梁结合部根据可以采用混凝土拱座或钢结构拱座进行连接。
本桥主拱肋和主纵梁均采用钢结构进行连接，从结构
的整体性角度出发，宜优选采用钢结构拱座进行连接。若
采用钢结构拱座，拱座各方向加劲板（包含支座加劲板、系
杆张拉端加劲板、拱肋与拱座加劲板、横梁加劲板）密集分
布，构造处理复杂，应力集中现象难以避免，同时交错分布的多条钢板或加劲梁疲劳问题突出。本桥拱座主要受钢纵梁、钢拱肋、系杆、横梁预应力、支座综合传力影响，
如图1所示，受力模式呈三向受压状态，采用钢筋混凝土拱座符合结构设计基本思想。综合考虑，本桥拱梁结合部采用混凝土拱座进行连接。——————————————————————
下承式简支拱钢管拱肋受力及施工技术研究
下承式简支拱钢管拱肋受力及施工技术研究作者：***
来源：《科技资讯》2023年第19期
作者簡介：许童云（1983—），男，本科，工程师，研究方向为道路工程。
摘要：以新建潍坊至烟台铁路工程 ZQSG-6 标段大理路中桥1-64 m简支拱桥为依托，该文阐述了钢管拱肋加工、安装和施工等重难点，拱脚采用现场散拼法，解决了由于拱脚内钢筋布排密集，系杆及端横梁预应力孔道穿越其中，混凝土浇筑困难的难题。对拱部线性检测和应力监测发现，拱部线形变化满足施工要求，在规定年限对线形变化进行预测，线形变化满足施工寿命要求，并且应力和吊杆张力都满足运营阶段的要求，拱部结构在安全范围内。为以后类似工程项目提供技术支持。
关键词：施工流程拱肋施工线性监测应力监测
中图分类号：U445.4
Abstract： Relying on the 1-64m simply-supported arch bridge of the medium bridge over the Dali Road in the ZQSG-6 section of the newly-built Weifang to Yantai railway project， this paper expounds the major difficulties such as the processing， installation and construction of steel pipe arch ribs， and uses the on-site scattering method to solve the problem of difficult concrete pouring due to the dense arrangement of steel bars in the arch foot and the prestressed holes of the tie rod and the end beam passing through it. Through the linear detection and stress monitoring of the arch， it is found that the linear change of the arch meets construction requirements， and through predicting the linear change at the specified age， it is found the linear change meets the requirements of the
下承式钢箱网状吊杆系杆拱桥结构设计分析——以引江济淮兆河Ⅰ级航道姥山桥为例
状吊杆系杆拱桥。通过静力计算、稳定分析，验证了该设计方案的合理性以及安全性，
可为同类桥型设计提供参考。
中图分类号：U448.22+5
文献标识码：A
文章编号：1007-7359（2022）06-0148-02
关键词：下承式钢箱系杆拱桥；网状吊杆；结构设计；静力计算；稳定分析
高为 37.4m。肋拱轴线在拱肋所在平面
内采用悬链线，悬链线拱轴系数 m=1.3。
拱肋截面采用矩形截面。宽 1.5m，
高 2.0m，腹板伸出顶底板各 30mm，通
过不同板厚来适应不同区域的受力要
求，顶底板厚度为 18mm～28mm，腹板
厚度为 18mm～32mm，拱肋纵向加劲
肋采用板式加劲，间距为 500mm，厚度
2.168m，顺桥向长 3m。
桥面板为钢筋混凝土板，采用分块
预制，板间现浇湿接缝连接，横向分为两
块预制，桥面板厚度为 26cm。预制板
采用 C50 混凝土，现浇湿接缝采用 C50
微膨胀混凝土。预制桥面板必须存放 6
个月以上方可安装，以减少混凝土收缩
徐变对结构带来的不利影响。
2.3吊杆设计
本设计吊杆要求具有可更换性。吊
4.2稳定分析
按照引起主拱肋轴向压力最不利作
下承式钢管混凝土系杆拱桥索力分析及稳定性研究
下承式钢管混凝土系杆拱桥索力分析及稳定性研究
下承式钢管混凝土系杆拱桥索力分析及稳定性研究
摘要：本文针对下承式钢管混凝土系杆拱桥进行了索力分析和稳定性研究。首先，通过对该桥结构进行了力学分析，得出了系杆拱桥在载荷作用下的受力情况。然后，利用数值计算方法进行了索力分析，得出了各个索力的大小和方向。最后，通过稳定性分析，确定了拱桥的稳定性情况，并采取了合适的措施提高拱桥的稳定性。
关键词：下承式钢管混凝土；系杆拱桥；索力分析；稳定性研究
1. 引言
下承式钢管混凝土系杆拱桥是一种优秀的工程结构，具有承载能力大、抗震性能好等优点。其中系杆拱桥作为其重要组成部分之一，承担着承载车辆和风荷载的重要作用。因此，对系杆拱桥的索力分析和稳定性研究具有重要意义。
2. 系杆拱桥的力学分析
系杆拱桥是由上、下承重拱肋组成的，上弦杆与下弦杆通过系杆相连接。在荷载作用下，上弦杆受到压力，下弦杆受到拉力，系杆受到拉力。为了分析系杆拱桥的受力情况，可以采用力学方法进行分析并绘制受力示意图。
3. 索力分析
3.1 数值计算方法
采用有限元方法进行计算，建立系杆拱桥的有限元模型，并用计算软件进行计算。
3.2 索力计算
通过有限元计算，得出了各个系杆的受力情况。根据静力平衡
条件，可以得出系杆受力的方向和大小。
4. 稳定性分析
通过对系杆拱桥的稳定性进行分析，可以确定桥梁的稳定性情况。在稳定性分析中，需要考虑桥墩的稳定性、拱肋的稳定性等因素。通过数值计算和理论分析，可以得出拱桥在不同工况下的稳定性系数，并评估桥梁的稳定性。
5. 提高拱桥的稳定性
吊杆布置形式对下承式钢管混凝土系杆拱桥力学性能的影响
吊杆布置形式对下承式钢管混凝土系杆拱桥力学性能的
影响
吊杆布置形式对下承式钢管混凝土系杆拱桥力学性能的影响
摘要：下承式钢管混凝土系杆拱桥是近年来在桥梁工程中得到广泛应用的一种结构形式，然而其力学性能受吊杆布置形式的影响较大。本文通过理论分析和数值模拟的方法，研究了吊杆布置形式对下承式钢管混凝土系杆拱桥力学性能的影响，并得出了相关结论。
1. 引言
下承式钢管混凝土系杆拱桥是一种结构形式独特的桥梁，其特点是系杆直接连接在钢管混凝土桥墩上。吊杆作为桥梁中联系系杆和桥梁主体的重要构件，其布置形式直接影响桥梁的力学性能。因此，对吊杆布置形式对下承式钢管混凝土系杆拱桥力学性能的影响进行深入研究具有重要意义。
2. 吊杆布置形式
下承式钢管混凝土系杆拱桥的吊杆布置形式有多种，如等间距布置、不等间距布置以及不同角度布置等。其中，等间距布置是最常见的一种布置形式，主要是吊杆之间等距离地布置在桥墩上。不等间距布置是在不同位置采用不同的间距来布置吊杆。不同角度布置是指吊杆之间的角度不一致，可分为内侧角度大、外侧角度大以及混合角度等形式。
3. 理论分析
为了研究吊杆布置形式对下承式钢管混凝土系杆拱桥力学性能的影响，本文从桥梁整体受力特点出发，分别进行了等间距布置、不等间距布置以及不同角度布置三种形式的理论分析。通
过对吊杆受力分析，得到了不同吊杆布置形式下的吊杆受力大小、受力路径等参数。
4. 数值模拟
为了验证理论分析的结果，本文进行了数值模拟。采用有限元方法，建立了下承式钢管混凝土系杆拱桥的数值模型，并在不同吊杆布置形式下进行了静力和动力分析。通过分析吊杆和桥梁主体的位移、应力和变形等参数，得到了不同吊杆布置形式下桥梁的力学性能。
高速铁路新开河立交138m钢箱叠拱桥拱脚受力分析
一
、
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图 ２ 新 开河 １ ８ ｍ钢 箱叠 拱 平面 图 ３ 收稿 日期 ：０ ９ １— ０ ２ ０ — ２ ３ 作者简介 ： 宗建 （ ９ ２ ） 男 ， 李 １ ８ 一 ， 陕西人 ， 理工程 师 ， 助 从事桥
梁工程 设计 工作 。
取得足够大 ，以便 在边界处用等效 的荷载代替实 际 荷 载 后 不 至 于影 响 到 所 关 注 区域 的受 力 状 态 。 该 局 部 模 型 的截 取 范 围如 图 ３ 示 。上 拱 肋 取 到 所 １． ｍ处 ， 拱 肋 取 到 ｌ．ｍ处 （ 系梁 端 部 到 上 、 ０５ 下 ２１ 从 下 拱 肋 截 面 中心 的水 平长 度 ）系 梁 取 到 １ ． ｍ处 ； ４５ （ 系梁端部开始 的水平长度 ）端横 梁横 向９ 从 ； ．ｍ ５ 处 （ 中心 线２５ｍ） 该 局 部 模 型 统 称 为 拱脚 局 部 过 ． 。 模型 。 施 加 力 边 界 条 件 ：拱 脚 局 部 模 型所 受 荷 载 包 括 ： 界 荷 载 以及 支 座 反 力 。 界 荷 载 包 括 与拱 脚 边 边 相连各杆件 的杆端 内力 ，可根据全桥梁单元模 型 分析结果得到 ， 然后 根据 静 力 等 效 的原 则 ， 线 荷 按 载 施 加 于 拱 脚 局 部 模 型 的板 单 元 各 边 界 处 。支 座 处约束 的选取对细部结果影 响很 大 ，如何正确模
下承式组合梁钢拱桥的设计分析
山 西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
第44卷第8期・50・
0 0 0 1 年 4月
Voi. 44 No. 8Apo. 2001
・桥梁・隧道・
DOI ：16. 13319/j. c —i. 1009-6825.2021.48.051
下承式组合梁钢拱桥的设计分析
王彩花
(太原市市政工程设计研究院，山西太原036000)
摘 要：吉合晋城丹河大桥一一下承式无横撑钢混组合梁钢拱桥的工程项目背景，首先分析该新型组合结构桥梁的特点与难点,
然后针对不同部位的构件综合考虑设计技术、施工方法和经济等因素，进行理论与计算的分析和研究，最后对将来采用此类型结 构的桥梁设计提出建议以供参考。
关键词:无横撑,钢混组合梁,钢箱拱中图分类号:U440.5
文献标识码:A
文章编号:1609-2822 (2221 )08-6104-63
1工程背景
丹河快线工程项目是构建晋城市“两场、两站、三环、一
线、十通道”城市道路骨架体系的重要组成部分。工程建设 对拉开城市框架,拓展城市空间,带动沿线土地开发,拉动
城市经济快速发展以及高铁机场与晋城市区的快速连接具 有重要意义。
项目工程位于晋城市“六区联动、组团发展”的高铁新 区，为规划“一线”的重要组成部分，是南北纵向主干道，将
串联多条东西向的主要干道,形成区域交通集散的大通道。
其中位于规划丹河湿地公园范围内,紧邻丹河龙门风景旅 游区的丹河大桥正是丹河快线的关键节点工程。
按照晋城市丹河桥梁“一桥一景”的设计原则,本着突
出桥梁自身特色的主旨,在深入分析城市历史文化内涵的
基础上采用行业领先的设计技术，力求建造一座技术水平
下承式系杆拱桥拱梁连接段构造及计算方法
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方案 一 ： 主横梁 和 主拱采 用全 钢结 构 ， 拱 梁连 接 处采 用钢 格 构 方 式 。如 图 ２ ： 拱 肋 与 主横 梁 连 接 处 以板 肋贯 通 的方式 保证 板肋 的连 续性 。
设 人行 道 钢桥 面 的方式 。
主横 梁 采 用 预 应 力 混 凝 土 结 构 ， 宽 ７ ． ０ ｍ， 高 ２ ． ０ ｍ矩 形截 面 。 向 主跨 侧 外 伸 ２ ． ０ ｍ 与 钢 主 梁 连 接 。连接 方式 采用 钢混 结合 段 的方 式 。通过 设置 预
每隔 ２ ｍ设 置一 道 隔板 ， 纵 向 穿 隔板 处 在 隔板 开 孔 。
下 承 式 系杆 拱 桥 拱 梁 连接 段 构 造及 计 算 方 法
胡 恩 宏
（ 辽 宁省城 乡建设规划设计 院 沈 阳市 １ １ ０ ０ ０ ０ ）
摘
要 ：以凌 源市跨 大凌河文艺大桥为例 ， 分析下承式 系杆拱桥拱梁 连接 段构造 ， 运用平 面分 析和空间分析的
计算方法 ， 准确高效地进行结构受 力变化分析 ， 保证 结构受力安全合理 。 关键词 ： 系杆拱 ； 拱 梁连接段 ； 钢混结 合
系杆穿过主横梁 ， 在引跨侧锚 固张拉。
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。
刚架系杆拱桥连接部位受力分析
第 ６期
北 方 交 通
·２３·
刚 架 系杆 拱 桥 连 接 部 位 受 力分 析
任 钢
王琪 彤
（辽宁省交通勘测设计 院，沈阳 １１０００５） （大连市政设计院有限公 司 ，大连 １１６００２）
王 威 （辽 宁省交通 勘测设计院 ，沈 阳 １１０００５）
进 行 了有 限元分 析 和光 弹性 试验 。然 而 由于 拱脚 固 剪力 及预 应力 ，并且 存 在 钢 一混 之 间 的联合 受 力 问 结 点受 力复 杂 而且 不具 普 遍 性 ，因此 对 于 具 体 的 桥 题 ，故该部 位 的受 力与 变形 复杂 ，是 全桥结 构安 全 的
梁 仍然 有必要 进 行具 体 的分析研 究 。
摘 要 进行 了梁拱 组合 体 系边跨 钢 拱肋 与 刚性 系杆 连接 部位 的局 部 三位 全仿 真分析 和 １：３．２的 大比例模 型 试验 ，得 出 了在 最不 利 工况 下连接部 位 的应 力 分 布 的一般 规 律 ，定 量的 得 到 了结 构 内的应 力分布 情况 ，为 工程设 计 和施 工提供 了合 理的依 据
３ 有 限元仿 真分 析 有 限元仿 真 分析 可 以近似 的得 出所 研究 区域各
个 部位 的应力 分 布情 况 ，用 于 指 导 随后 进 行 的模 型
广大铁路1-80 m系杆拱桥拱脚受力分析研究
杆拱桥原位支架现浇施工为依托，采用 midas civil 和 midas fea 建立了桥梁整体与局部有限元模型，探
讨在不同荷载工况下，拱脚处的受力规律以及应力分布情况，分析最有可能产生破坏的部位，提出解
决方案，并在施工过程中采取相应预防措施并有效监控，确保拱脚施工质量。
关键词： 大跨度； 钢筋混凝土； 系杆拱桥； 拱脚； 受力分析
（ China Ｒailway 17th Bureau Group Co．，Ltd．，Taiyuan 030006，Shanxi，China）
Abstract： Long-span tied arch bridges have been increasingly used in railway construction due to their graceful alignment and good spanning ability． The arch foot is the connection part of the arch rib and the tie beam，and the structure is complicated． If the design and construction are not handled properly，the arch foot is likely to have cracks，which will have a great impact on the overall bearing capacity and spanning capacity of the bridge． In response to this problem，this paper relies on the cast-in-situ construction of the 80m long-span reinforced concrete tied arch bridge of the broad railway，and uses midas civil and midas fea to establish the overall and local finite element models of the bridge to discuss the arch under different load conditions． The law of force and stress distribution at the foot，analyze the most likely damaged parts，propose solutions，and take corresponding preventive measures and effective monitoring during the construction process to ensure the quality of the arch foot construction． Keywords： long-span； reinforced concrete； tied arch bridge； arch foot； force analysis
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ｄｃｓｉ驴ｅｄ柚ｄ删山∽ｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａ １４０ ｍ咖ｅｌ ｂｏｘ ｔｉｃｄ－ａｒｃｈ ｃｏｍｐｏｓ沁ｂｒｉｄｇｅ
ｐ弱ｓ锄ｇｃｒ ｓｐｃｃｉａｌ
ｍｉ№Ｉｙ．１协ｕｇｌｌ ｍｃ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ ｏｆ ５ ｌｏａｄ ｃａｓｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉＩｌｇ ｆＩｌｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ砌ｆｏｍ ｌｏａｄ，ｈａｌ仙哪ｇｅ ｌｌＩｌｉｆ０珊ｌｏ越ｍｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ
本文作者根据武广客运专线某１４０ ｍ下承式钢箱系杆
拱结合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，设计制作了１个比例尺为１：８的全桥缩尺
模型，对其进行静力试验研究，并结合有限元分析对
结构的受力特性进行分析。
１ 下承式系杆拱结合桥试验模型
试验模型跨度为１７．５ ｍ，矢跨比为ｌ／４．６７，拱肋 中心距为２ ｍ，拱轴线型采用二次抛物线；拱肋结构 采用双肋平行变截面钢箱，钢箱截面宽为０．２５ ｍ，拱 脚处高为０．５６２ ５ ｍ，拱项处高为０．３７５ ｍ，中间截面 高按内线直插；系梁也为钢箱截面，高为０．４３７ ５ ｍ， 宽为０．２５ ｍ；全桥设１８个节间，长度布置为（２× Ｏ．８７５＋１４×１．０＋２×０．８７５）ｍ；桥面系采用混凝土板与 纵横梁全结合体系，不与系梁结合；设４片“Ｉ”字型 纵梁，每线设２片，外纵梁间距为１．Ｏ ｍ，内纵梁间距 为Ｏ．２５ ｍ；横梁采用箱型梁，高均为Ｏ．２５ ｍ，端横梁
第５期
周 德，等：高速铁路卜．承式钢箱系杆拱结合桥的受力分析
１４５９
载进行补载。其主要原因是：在自重作用下，为保证 模型和实桥应力一致，模型材料容重应为实桥的８倍，
和６以及两侧腹板中点ｃ和巩在这４个测点中，上、 下翼缘中点口和６的应力之差反映怪向弯曲，而两侧
这实际上不可能做到，因此，采取了补载措施【９】。 ２．２加载方法
第４０卷第５期 ２００９年ｌＯ月
中南大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＣｅｎｔｒａＩ Ｓｏｕｔｈ ＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙ（Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ７ｒｅｃｈｎｏＩｏｇｙ）
、，０１．４０ Ｎｏ．５ Ｏｄ．２００９
高速铁路下承式钢箱系杆拱结合桥的受力分析
周德，叶梅新，罗如登
（中南大学土木建筑学院，湖南长沙，４１００７５）
ｗｅ化锄ｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ化ｓｕｌｔｓ ｂｉａｓ ｌｏａｄ，ｌｌａｌＢｂｒｉｄｇｅ ｂｉ嬲ｌ∞ｄ锄ｄ ｏｖｅｒｌｏａｄ＇ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅＩＩｌ蚰ｔｓ ａｎｄ ｓｎ℃ｓｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ
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其中，一期恒载补载３２．１蝌／ｍ，二期恒载为２３．１
ｋＮ／ｍ，１．５倍双线全桥满布ＺＫ活载为２９．５５ ｋＮ／ｍ。 对于工况５，为了模拟实桥受力状态，在一期恒
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万方数据
Ｆｉｇ．１
单位：ｍ 图１下承式系杆拱结合桥试验模型 Ｔｃｓｔ ｎＩｏｄｃｌ ｏｆ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｉｅｄ—ａｒｃｈ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｒｉｄｇｅ
实桥所受荷载为均布荷载。试验加载时，按荷载 等效原则，选择在纵梁上方混凝土板施加等效集中荷 载来替代。模型每节间４根纵梁，每根纵梁上方设２ 个加载点（２个加载点之间的距离为节间长度的０．４２
腹板中点ｃ和ｄ的应力之差则反映面外弯曲，由这４
个测点的应力经换算可得到截面上任意点的应力：对
于“Ｉ”形截面钢构件（包括纵梁和吊杆），应变片只布
ｈｉｎｇｅ ｊｏｉｎｔｓ ｄ嘶ｎｇ ｉｎ－ｐｌａ鹏ｂｅＩｌｄｉ】唱ｍｏｍｅｎｔ．Ａｄｏｐｔｉｎｇ ｂ似ｂｅａｎｌｓ姐ｄ ｌａｒｇ既ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｄｉｍｍｓｉｏ璐，ｔｈｅ
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置在上、下翼缘中点ｄ和６；混凝土应变片则主要布
置在顶板。对工况５进行超载试验时，采用数字显微
镜观测混凝土裂缝宽度。
：
倍），每节间共８个加载点并共用１个千斤顶加载。千
斤顶置于分配梁上，另一端顶住反力梁，反力梁通过 钢绞线锚固在地锚梁上，地锚梁通过锚杆锚在地槽中。
千斤项下的桥面荷载分配装置采用３层分配梁，千斤 顶所施加的荷载通过分配梁传递到纵梁上方的加载
等优点川。欧洲高速铁路有较多下承式系杆拱结合桥
应用的实例【２－３】，如在布鲁塞尔一德国边界高速铁路线
上修建的、Ｍｓｅｌｅ ｂｒｉｄｇｅ桥（主跨１２４ ｍ）等。目前，我国
大陆尚未建ｌ座高速铁路下承式系杆拱桥。国内学者
对高速铁路结合桥的研究【４吨】，多偏重于下承式钢桁结
合梁桥，对下承式系杆拱结合桥的研究较少。为此，
ＡＮＳＹＳ建立空间力学模型，如图４所示。模型中，拱
肋采用３节点空间曲梁单元ｂｅ锄１８９，系梁、纵、横 粱、横撑和吊杆则采用空间直梁单元ｂｅ锄４４，混凝土
摘要：为了了解下承式系杆拱结合桥的受力性能，根据武广客运专线某１４０ ｍ下承式钢箱系杆拱结合桥，设计
制作１个比例尺为１：８的全桥试验模型，并对桥梁在全桥均布、半桥均布、全桥偏载、半桥偏载和超载共５种工
况进行加载试验和分析。研究结果表明：在均布荷载作用下，半桥加载方式引起的竖向挠度约为全桥加载时的２
倍；在偏载作用时，重载侧与轻载侧竖向挠度之比小于它们的荷载之比；在受力上，拱肋、系梁和纵梁的半桥均
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（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｉｖｉｌ ａｎｄ Ａｒｃｈ沁ｃｔｌｌｒａｌ Ｅｎ百ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｃｎｔｒａｌ Ｓｏｕｍ ＵｎｉＶｅｒｓｉ劬Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７５，Ｃｈｉｎａ）
ｏｎ‰一Ｇ啪ｇｚｈｏｕ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔ０蚰幽－ｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｆ．ｏＩ．ｃｅ·ｂｅ撕ｎｇ ｃｈａｆａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｒｏｕ曲ｔｉｅｄ—ａｒｃｈ ｃｏｍｐｏｓｉ钯晰ｄｇｅ，ａ ｌ：８ ｓｃａｌｅ ｍｏｄｅｌ ｗ够
１０ｎｇｉｔＩｌｄｉｍｌ ｂｃａｒｎｓ ｉｎⅡｌｅ ｃ私ｅ ｏｆ血ｅ ｌｌａｌｆ二晡ｄｇｅ岫ｉｆｏ】衄ｌｏａｄ ａｒｅ ｗｏ瑙ｅ ｔｌｌ柚ｔｌｍｓｅ ｏｆⅡ圮ｆｉｌｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ岫ｉｆｏ衄ｌｏａｄ．ｍ
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点，如图２所示。
反力梁
铜彷姥南 刑缴强
十 ¨ Ｅ俅 Ｊ贝
：一级分配梁：
垫块
ｊ卜／分自ｉ染、、｛一
』三级夯配梁ｌ Ｉ二级分配梁ｌ
系 梁
ｊ－ｊ． 上
一
混凝土ｌ
系 梁
６
（ａ）
（ｂ）
（ａ）箱型截面；（ｂ）“Ｉ”字裂截面
Ｆｉｇ．３
图３钢构件应变片布置
ｍ咖ｂｅｒｓ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｓ仃ａｉｎ ｇ跏ｇｅｓ ｏｎ ｓｔｅｅｌ
３试验结果及分析
地锚梁
漤学／／微 ７／／／／甚
∑夕／／
图２加载装置
Ｆｉｇ．２ Ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔ ｓｅｔｕｐ
２．３测点布置和测试方法 试验主要测试桥梁位移和应力。测量位移时，顺
桥向分别在桥头以及Ｌ／８，三／４，３￡／８和∥２处布置测 点，横桥向分别在横梁正中、横梁与外纵梁交接处和 横梁与系梁交接处布置测点。测量应力时，拱肋、系 梁和纵梁都在各节间正中布置测点，横梁除在其正中 处布置测点外，在梁端也布置了测点，吊杆和横撑则 只在正中布置测点，混凝土板测点主要布置在横梁上 方和节间正中。
２试验荷载的施加和测试方法
２．１加载工况 为研究桥梁在不同荷载作用下的受力特性，同时
检验结构在运营阶段能否满足高速铁路桥梁的功能要 求，在考虑加载能力与试验条件等因素后，确定５种 试验工况：
ａ．工况ｌ：全桥均布，按５０ｋＮ／ｍ加载。 ｂ．工况２：半桥均布，按５０ｋＮ／ｍ加载。 ｃ．工况３：全桥偏载，按５０ ｋＮ／ｍ加载。其中： 纵梁１和２按３０．４５ ｋＮ／ｍ加载，纵梁３和４按１９．５５ ｋＮ／ｍ加载。 ｄ．工况４：半桥偏载，按５０Ｉ洲／ｍ加载，加载方 式与工况３的相同，但只在左半桥加载。 ｅ．工况５：全桥均布，超载，按８４．７５ｋＮ／ｍ加载，
收稿日期：２００８∞９－２９；修回日期：２００９一ｏｌ—０９
基 通金 信项作目者：：铁周道德部（１科９８技０一研）究，开男发，计江划西项萍目乡（人２０，０５博ｋ０上０２研·究ｃ－２生），从事桥梁结构分析理论与极限承载力研究：电话：０７３１．８５“１９５７；Ｂｍｉｌ：ｊｏｄ”蜘．锄
万方数据
１４５８
中南大学学报（自然科学版）
第４０卷
：
下承式系杆拱桥造型优美，跨越能力大，采用钢
：与混凝土结合桥面后，与混凝土梁桥相比，具有建筑
高度低，一期恒载作用小等特点，在桥下净空要求较
病且桥上受线路坡度限制时，还能减少引桥的长度；
与明桥面（不设桥面板，钢轨和枕木直接铺在纵梁上）
钢桥相比，具有刚度大，行车噪声小，乘客舒适度高
ｉｆｈｉｇｌｌ训ｏ ｃ眦ｋ ｌｏａｄ．Ｉｔｓ
ｗｉｄｔｈ ｉｓ
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ｏｆｒｃｉＩｌｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ａ＿ｂｏＶｅ ３％ｉｓ ｌｌｓｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｌｌ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ；ｔｈｒ伽曲ｔｉｅｄ·ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ；ｄｅｃｋ；ｆｉｎ沁ｅｌ啪ｅｎｔ；ｍｏｄｅｌ ｔｃｓｔ
关键词：高速铁路；下承式系杆拱桥；桥面；有限元；模型试验
中图分类号：Ｕ４４８．２２
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２—７２０７（２００９）０５一１４５７－０８
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ Ｏｆ ｔｈｒＯｕｇｈ ｔｉｅｄ—ａｒｃｈ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｒｉｄｇｅ ０ｎ
ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ
布加载都比全桥均布加载时更不利：对于横梁，端横粱梁端面内接近固结，其他横粱梁端面内接近铰结，面外弯
曲问题则可通过采用箱型横梁和加大端横梁截面尺寸等措施加以缓解；刚性吊杆既受轴拉作用，也受弯曲作用，
以端吊杆受力最为不利，设计时需引起注意；混凝土板的受力状态以第一系统引起的轴拉作用与竖向荷载引起的
弯曲作用为主，采用３％以上的高配筋率时裂缝宽度能得到有效控制。
宽为０．２５ ｍ，辅助横梁（即横梁２）宽为０．１８７ ５ ｍ，其 他中间横梁宽都为０．１ ｍ，共计１９根：混凝土板宽为 １．６７５ ｍ，厚为４ ｃｍ，板边与系梁之间相隔０．０３７ ５ ｍ； 板中采用高配筋，纵向钢筋布置间距为８ ｃｍ。采用直 径为１２ ｍｍ的带肋螺纹钢，共计２０根，配筋率约为 ３．４％；栓钉直径为１３ ｍｍ，长为４ ｃｍ，按要求布置在 纵横梁上翼缘；全桥设２×１５根“Ｉ”字型刚性吊杆， ５道箱型粱横撑。模型材料钢构件均采用１６Ｍｎｑ钢， 混凝土标号为Ｃ５０。图１所示为试验模型。
试验时，位移采用百分表测量，应力则通过测量 应变经换算得到。采用电测对应变进行测量，即在结 构上贴应变片，由ＤＨ３８１８和ＤＨ３８１６应变采集仪采 集应变数据，并直接输入计算机中进行转换。应变片 的布置如图３所示，对于箱形截面钢构件（包括拱肋、 系梁、横梁和横撑），应变片布置在上、下翼缘中点口
３．１计算软件及分析模型的建立 根据试验模型结构尺寸，采用通用有限元软件包