拱桁组合体系侧倾稳定性分析

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朝天门长江大桥结构抗震和静力稳定性初步分析报告(550m钢桁架拱桥)

重庆朝天门长江大桥结构抗震和静力稳定性初步分析目录1 采用的规范及参考依据2 抗震设防标准的确定3 结构动力特性分析3.1 计算图式3.2 边界条件3.3 动力特性分析4 结构的地震响应5 结构的静力稳定性分析6结论重庆朝天门大桥工程位于重庆市区，初步设计钢桁拱桥的跨度布置为：190+552+190＝932米。

其主墩（N2、N3）均为矩形独柱墩，边墩（N1、N4）均采用矩形截面框架墩，靠近江北岸的N1墩高达78米（自承台以上），而靠近江南岸的N4墩只有36米（自承台以上）。

上下层桥面均为正交各向异性板，桁高为11.83米，上层桥面宽36.5米，下层桥面宽29米，上层桥面重16.8t/m，下层桥面重13.7t/m，主桁重27t/m。

大桥所在地区地震动峰值加速度为0.12g，为确保该桥在成桥运营状态的抗震安全和结构具有足够的静力稳定性，必须对该桥的抗震安全性和结构静力稳定性进行全面的分析。

1．采用的规范及参考依据1．1 中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）1．2 中华人民共和国交通部部标准《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）1．3 重庆市地震局《重庆市王家沱长江大桥工程场地地震安全性评价报告》（2003年12月）2．抗震设防标准的确定对于连续钢桁拱桥的抗震设防，首先是要确定一个安全经济合理的抗震设防标准，根据该桥桥址区的地震地质构造环境，近场区的地震活动性和近场区地震地质稳定性评价，结合本桥是特大型桥梁，为重要的生命线工程，按《中华人民共和国防震减灾法》第十七条规定，本工程必须进行地震安全性评价。

该项工作已由重庆市地震局完成（见参考依据1.3）。

连续钢桁拱桥的地震响应一般采用反应谱法和时程分析法相互校核，但由于目前未得到本桥场地的地震加速度时程，因而时程分析法无法进行。

桥梁结构地震响应采用反应谱理论进行，反应谱拟采用安评报告P 115中的形式。

()()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≤<⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≤<≤≤-+=sT T T T T T T T T T TT S m m gmm m m m a 0.800.122111βαβαβααγ对于本桥，上式中的各参数见安评报告P 117的表6-4（见下表）。

梁拱组合体系桥梁施工期间稳定性分析

２１年７０１月第７期
城市道桥与防洪
桥梁结构
９３
梁拱组合体系桥梁施工期间稳定性分析
邓平跃
（海浦东建筑设计研究院有限公司，上上海市２１０）０２４摘要：已建成上海浦东东明路川杨河桥为例，以分析了钢管混凝土梁拱组合体系桥梁的施工期间稳定性，该桥采用先拱后
路川杨河桥为钢管混凝土拱桥，属拱梁组合体
系，桥主跨７．ｍ，用先拱后梁法施工，于该２２采由拱肋为受压构件，因此不可避免存在屈曲稳定性
的问题。这种桥型在文献［１１有详细介绍，于稳对定问题也做了理论分析。但是在施工过程中，结构构件的逐渐形成，系不断转换，稳定性更体其差。例如系梁没有形成时，没有形成梁拱组合即体系之前，吊杆就不能形成非保向力效应，这故时的稳定性必须引起重视。而且东明路川杨河桥施工中，于吊装中横梁空间需要，撑不能及由风时安装。再者，工中混凝土的弹性模量还在形施成中，施工机具，落等很多风险因素存在，有塌因此对于施工顺序，撑安装等，须考虑到全桥风必的稳定性，免事故的发生。避
梁无支架法施工。在施工过程中，定性受各方面因素影响很大。通过在中横梁吊装、稳系梁混凝土浇筑、拱肋混凝土灌注等工

桁式组合拱桥受力特点及施工工艺浅析

1产⽣和发展⼤跨径桥梁的合理结构型式必须是结构受⼒合理，能限度地发挥材料性能，同时便于施⼯。

拱桥的主要承重结构—拱圈，在静载、活载作⽤下基本上是承受压⼒，因⽽充分发挥了圬⼯材料抗压强度⾼的特点，达到了节省钢材的⽬的。

但由于拱对墩台产⽣的巨⼤推⼒，使得下部构造很不经济。

为减⼩拱对墩台的⽔平推⼒，拱桥朝着主拱圈与拱上建筑联合作⽤的⽅向发展。

衍架拱桥整体刚度⼤，上部构造⾃重较轻，材料较省，对地基的适应性较强。

但它毕竟是推⼒体系结构，随着跨径的增加，拱脚推⼒仍过⼤。

拱衍梁桥(衍式T构)在竖直荷载作⽤下不产⽣推⼒，这对下部结构当然有利。

但这种桥属于拱形的梁式桥，上弦拉⼒很⼤，预应⼒钢筋⽤量较⼤。

如果能在采⽤衍式结构的前提下，综合拱桥和梁桥的受⼒特点，取其所长，就可得到⼀种结构和受⼒都较为合理的桥型。

在这种情况下，经过贵州省交通厅和同济⼤学很多桥梁专家的潜⼼研究；探索，衍式组合拱桥应运⽽⽣，并采⽤钢⼈字桅杆吊机代替了传统的缆索吊机作为主要吊装⼯具悬拼施—上—。

1981年，贵州长岩⼤桥建成通车，初步显⽰了这种新桥型和施⼯⼯艺的技术经济优越性。

主跨l50m的贵州剑河⼤桥的建成使这种桥型的设计⽅法、设计原理和施⼯⼯艺有了进⼀步发展。

1995年建成通车的贵州江界河⼤桥，主跨330m，是世界跨径的混凝⼟衍式桥梁，展⽰了衍式组合拱桥巨⼤跨越能⼒。

2桁式组台拱桥的⼒学衍式组合拱桥结构的主要特点是：上弦在墩顶和拱顶之间的适当位置断开，使上弦放松，以调节各杆件的内⼒，使结构受⼒趋于合理。

衍式组合拱桥既保留了拱式推⼒结构的特性，⼜发挥了梁的特性，其受⼒特点是：(1)上弦在墩和拱顶之间适当位置断开，形成断缝，将全桥明显地分为两个受⼒区段：断缝⾄拱顶区段是拱式受⼒体系，上弦和实腹段均受压；断缝⾄桥墩(或桥台)区段是梁式受⼒体系，上弦受拉，下弦受压。

即这类桥型兼有拱和梁的受⼒特点，是⼀种拱、梁组合体系结构。

全桥可看成两端的悬臂衍架梁，⽀承着中部的衍架拱。

拱桥结构稳定分析

拱桥结构稳定分析在景观区，很多人行拱桥得到了建设。

为追求美观和新颖，很多拱桥的设计都使用新奇的结构形式和轻型的材料，以至于拱桥结构刚度普遍较小，继而引起了人们对拱桥结构稳定性的关注。

而想要研究拱桥结构的稳定性，还要掌握结构稳定分析的内容和方法。

因此，相关人员有必要对拱桥结构的稳定分析问题展开研究，以便更好的完成拱桥结构的科学设计。

1 拱桥结构及失稳问题分析所謂的拱桥，其实就是在竖直平面内以拱作为结构主要承重构件的桥梁。

拱桥的桥面为向上凸起的曲面，结构最大主应力沿着拱桥曲面作用，垂直方向最小应力为零。

在施工和运营荷载作用下，拱桥结构主要承受压力和拱肋内力为主，同时将会产生剪力、弯矩等内力。

在进行拱桥结构设计时，不仅需要关注结构强度的设计问题，还要注重结构的稳定性设计。

就目前来看，针对需要承受车辆荷载的拱桥，往往会使用拱式支架进行拱上建筑重量的承受。

而该种支架为桥梁合拢的拱肋，是一种空间曲杆体系。

拱桥结构之所以出现局部失稳或整体失稳问题，主要是由于该体系出现了失稳现象。

分析拱桥结构失稳过程可以发现，在外力增加到某一量值后，结构稳定性平衡状态将遭到打破，从而导致拱桥结构迅速发生较大变形，继而导致结构失去正常工作能力。

2 拱桥结构稳定分析2.1拱面内弹性屈曲的分析从拱桥结构稳定研究理论的发展过程来看，早在1882年，就有学者开始研究拱面内弹性屈曲问题。

所谓的拱面内屈曲，其实就是当拱受到荷载达到一定值时，拱在竖向平面内将处在拱轴线偏离的变形状态，此时向反对称的弯压平面挠曲转化就被称之为拱面内屈曲。

为研究拱的弹性稳定，Levy通过研究圆环平衡方程得到了受压圆环的屈曲临界荷载，随后Nicolai等学者也研究得到了拱两端固结屈曲临界荷载公式和拱肋惯性矩发生变化时的屈曲临界载荷公式[ 1 ]。

通过采取数值法和近似解析法，则能够得到临界荷载近似计算公式，从而对拱面内弹性屈曲展开研究。

而利用这些公式，则可以将拱桥平面屈曲理论运用到实际问题的解答中，从而更好的研究拱桥结构的稳定性。

大跨拱桁架地震作用下动力稳定性分析

地震工程，００１（）：７—６．２０，６２５４
（）在工况１验荷载作用下，验孔主梁的１试试
挠度校验系数在０５０７．ｌ一．５之间，大效验系数为最０７，．５接近钢筋混凝土梁桥挠度校验系数的常见值范围为０５Ｏ９．０一．０的上限值。（）在工况１验荷载作用下，２试主梁跨中挠度
接的杆件定为特征杆件，借鉴文献１的研究方法，多次
输入逐步加大地震波加速度峰值，别对每一加速度分峰值计算一次结构的非线性动力响应，记录本结构并上、下弦特征节点的位移响应，最终以特征节点荷载一
是必要的。借助动力分析软件ＡＳＳ的强大分析功ＮＹ
１８１：６— ９２（）３３．
的相对残余变形均小于２％，明桥跨主梁整体结构０表
处于弹性工作状况。（）在工况１验荷载作用下，验孔４主梁３试试＃的上缘应力校验系数最大值为０７，．９接近钢筋混凝土梁桥应力校验系数的常见值范围０４— ．．０８的上限值。
伴随着新型建筑材料的产生及施工技术的提高，
为双线形随动强化弹塑性材料模型，弹性模量为其
２０Ｅ１／泊松比为０３屈服强度为２５ａ切．６ｌＮｍ，．，３ＭＰ，线模量为６１ＥＮｍ。图１为拱桁架结构有限元．８ｇ／
秦美珠等：大跨拱桁架地震作用下动力稳定性分析

钢管混凝土拱桥的稳定性分析

ｋｎｓｏｏｄｃｓ．ｅｒｓｌｏｈｓｐｐｒｈｓｔｅｂｇｒｆｒｎｅａｕｎｌａｎｎｇａｏｈｔｂｌｙｏｈｓｂｉｇｎｉｄｆｌａａｅＴｈｅｕｔｆｔｉａｅａｈｉｅｅｅｃｄｖｌｅｉｅｒｉｂｕｔｔｅｓａｉｔｆｔｉｒｄｅａｄｉｏｈｒｓｍｉｒａｃｒｄｅｏｆｏｃｅｅｆｌｄｓｅｌｕｅ．ｔｅｉｌｒｈｂｉｇｎｒｔ．ｌｔｅｂｓａｃｉｅｔＫｅｏｄ：ｏｃｅｅｆｌｄｓｅｌｕｅＸ．ｒｈｂｉｅｓａｉｔｎｌｓｓｙｗｒｓｃｎｒｔ．ｌｔｅｂ；ａｃｒｄｇ；ｔｂｌｙａａｙｉｉｅｔｉ
ａｎｅａｌ，ｗａｓａｌｈｄｂｄｐｉｇｆｎｔｌｍｅｒｇａＭｉａ／ｉｉｎｌｚｎｔｉｅｒｆｅｕｅｕｎｅｏｒｓａｘｍｐｅｓｅｔｂｉｅｙａｏｔｎｉｅｅｎｔｐｏｒｍｄｓｃｖｌａｙｉｇｉｌａｘｒｄｒｆｕｓｉｅ，ａｓｎｌ
关键词：钢管混凝土；提篮拱桥；稳定性分析
ＳａｉｔｔｂｌｙＡｎａｙｉｏｉｌｓｓｆＣｏｎｒｔ．ｌｄＳｅｌｕｂｌｒＡｒｈＢｒｄｅｃｅｅｆｌｔｅｉｅＴｕａｃｉｇ
ＺＨＡＮＧ．ｈｉＹｅｚ．ＧＵ０ｐｎＹｕ．ｉｇ（ｃｏｌｆｖｌｎＳｈｏＣｉｉａｄＡｒｈｔｃｕｒｌｇｎｅｉｇＣｅｔａｕｈＵｎｖｒｉ，ｏｃｉｔａｅＥｎｉｅｒｎ，ｎｒｌＳｏｔｉｅｓｔＣｈａｇｈＨｕｎｎ４１０７，ｉａｙｎｓａ，ａ，０５Ｃｈｎ）Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｈｗｏｍｅｈｄ，ｔｅ１ｅｒａｄｎｎｉｅｒｂｃｉｇａａｙｉ，ｔｅｅｍｉｅｔｅｃｉｉａｏｄｏｈｒｄｅｏｅｔｔｏｓｈｉａｎｏｌａｕｋｎｎｌｓｓｏｄｔｒｎｈｒｔｌｌａｆｔｅｂｉｇｆｎｎｃｃｎｒｔ．ｌｄｓｅｌｔｂｓｗｅｅｉｔｏｕｅＡＤｉｉｌｍｅｔｍｏｅｆａＣｏｃｅｅＦｌｄＳｔｅｕｕａａｃｒｄｅｏｃｅｅｆｌｔｅｕｅｒｎｒｄｃｄ．３Ｆｎｔｅｅｎｄｌｎｒｔ．ｉｅｅｌｂｌｒＸ．ｒｈｂｉｇ．ｉｅｅｏｌＴ

组合桁梁稳定性1

3.1.2组合结构稳定性计算方法原理
组合桁梁结构在荷载作用下会产生较大的变形，且此变形与该结构整体失稳时的变形是相对应的，且张弦析架结构的变形与荷载的关系是非线性的，所以，研究的组合桁梁结构的整体失稳问题是属于几何非线性问题，采用的是二阶分析的方法。稳定问题的计算方法有三种:平衡法、能量法和动力法。
3组合桁梁稳定性研究概述
3.1组合桁架稳定性概述
3.1.1结构的稳定状态
结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力，是结构平衡状态的稳定性，任何结构的平衡状态可能有三种形式:稳定的平衡状态，不稳定的平衡状态和随遇平衡状态。假设结构在平衡状态附近作无限小偏离后，如果结构仍能恢复到平衡状态，则这种平衡状态为稳定的平衡状态；如果结构在微小扰动作用下偏离其平衡状态后，不能再恢复到原平衡状态，反而继续偏离下去，则这种平衡状态为不稳定的平衡状态；如果结构在微小偏离其平衡状态后，既不能再恢复到原平衡状态，也不继续偏离下去，而是在新的位置形成新的平衡，则这种平衡状态为随遇平衡状态，随遇平衡状态往往是从稳定平衡状态向不稳定平衡状态过渡的一种中间状态。
图3-1结构平衡状态
平衡状态的稳定性一般可以由图3-1所示的小球在不同位置的平衡来说明，显然小球在A、B、C点的平衡分别为稳定、不稳定和随遇平衡状态。
受一定荷载作用的结构处于稳定的平衡状态，当该荷载达到某一值时，若增加某一位小增量，则结构的平衡位移发生很大变化，结构由原平衡状态经过不稳定的平衡状态而到达一个新的稳定的平衡状态，这一过程就是失稳或屈曲，的荷载称为屈曲荷载或临界荷载通常认为结构失稳的实质是一种转变:首先，存储在结构中的应变能形式发生了转变，如由压缩应变能转变为弯曲应变能;其次，结构的变形形式也发生了转变，由弹塑性变形转变为几何变形，即使撤除所施加的荷载，这种几何变形也无法恢复平衡。

钢管混凝土桁架拱桥横向偏移时的稳定性分析

一
３２２工况分析．．
分析过程中按照全跨满载和半跨满载的活载工况进行加载，分考虑风荷载时的稳定性和不考虑风荷载时的稳定性两大类计算。
３２２１稳定分析工况．．．
图７。
工况１结构恒载＋汽车活载（：正载，满载）工况２结构恒载＋：汽车活载（载，偏满载）工况３结构恒载＋：汽车活载（正载，半载）工况４结构恒载＋汽车活载（载，：偏半载）工况５结构恒载＋汽车活载（：正载，满载）＋风荷载工况６结构恒载＋：汽车活载（载，偏满载）＋风荷载
对大桥各部位质量状况进行全面检查，针对发现的问
整体稳定性安全系数最小值为２．，于４结构整体稳定６１大，
性良好。
５２静力分析．
题，及时采取修复、补强和加固措施，保持大桥处于良好使用状态。同时，了全面掌握主拱圈的线型和横向变位，主为在
计车速：０ｋｈ地震烈度：（８度设防）４ｍ／；７度按。桥面净宽２．其中行车道宽１．桥梁纵、坡分别为１４１ｍ，５０ｍ，横％
和１５。．％
带
图１桥式结构
拱轴线为悬链线，轴系数为１７６矢跨比为１４５拱．５，／．。拱肋采用桁架式，向高度为３５ｍ，竖．跨度为１８ｍ，、．上下弦
钢管混凝土桁架拱桥横向偏移时的稳定性分析

某大型体育场桁架拱罩棚整体稳定性分析

ｂｌｙｉａａｙｅｙቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｔｅｗｈｌｒｃｓｅｏｍａｉｎｌａｕｖｆｈｔｃｕｅＴｅｒｓｌｄｃｔｈｔｉｔｓｎｚｄｂｈｏｅｐｏｅｓｄｆｒｔ — ｄｃｒｅｏｅｓｒｔｒ．ｈｕｔｉｉａｅｔａｉｌｏｏｔｕｅｓｎ
第２６卷
第１期
山东建筑大学学报
Ｖ０．Ｎｏ１２６．１
！生：旦：！：：一
： —— —
Ｆｂｅ．
２ｌ０１
文章编号：６３— ６４２１）１— ０３— ４１７７４（０１００１０
某大型体育场桁架拱罩棚整体稳定性分析
ＹＡＮＧｅ— ｕＧＵｎＷＡＮＧｏｆｎｅ１Ｗｉｇｏ，Ｐｅｇ，Ｙａ —ｅｇ，ｔａ．
（ｃｏｌｆｉｉＥｇｎｅｉｇ＆ＡｃｉｃｕｅＢｒｎｉｔｎｎｖｒｔ，ｅｉｇ１０４，ｈｎ）ＳｈｏｏｖｎｉｅｒＣｌｎｒｈｔｔｒ，ｅｉＪａｏｇＵｉｅｓｙＢｉｎ００４Ｃｉａｅｇｏｉｊ
杨维国，谷鹏，王耀峰，兴坡李
（北京交通大学土木建筑工程学院，北京１０４）００４
摘要：以青海省州德令哈市体育场桁架钢拱罩棚结构为研究对象，利用通用有限元软件对桁架拱结构进行了整体稳定性分析，同时考虑了初始缺陷、荷载作用范围及拱脚约束形式等因素对桁架拱结构整体稳定性能的影响。在对结构进行特征值分析的基础上，利用非线性有限元分析方法，通过结构的荷载一位移全过程曲线分析结构稳定性能的基本规律。结果表明：初始缺陷的选取对结构稳定性有较大影响；结构在半跨荷载作用下的稳定性比满跨时略低，在半跨荷载作用下对初始缺陷更为敏感；座刚度的增大可适当提高拱结构的整体稳定支

系杆拱桥的侧倾稳定实用分析方法

（乡市公路管理局，江西萍乡３７０）萍３００
摘
耍：以弹性分析为基础。综合考虑横撑刚度、桥面刚度、吊杆非保向力等因素。运用能量驻值原理建立了系杆拱桥
侧倾稳定分析的实用分析方法，并对各参数进行了详细的讨论。关键调：系杆拱桥；侧倾稳定中圈分类号：４．Ｕ４１３文献标识码；Ａ文章编号：Ｏ７１９２０）６Ｏ６５１Ｏ —９４（０６０一Ｏ８～Ｏ
轴向变形；４外荷载竖直向下作用在拱轴线上并沿（）
跨度均匀分布，拱肋侧倾过程中保持方向不变。由在假定（）为简便，１，可取单个拱肋进行分析，横撑也相
吉＝；比６２斜：一＝率塞
ｚ＝，＝
：
孥ｚ一
当两拱肋的拱脚固结时：
边界条件为：＝ ± １时：０ “ ＝０（０ｌ），＝．，ｌ，＝，Ｄ
（＋１
｝，
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Ｃ
）．专
可采用如下满足边界条件的位移函数
＝１— ２＋，＝４一４，一】２ｚ一８
・
一
的径向平面内的转动角
采用文献［］３基本假定：：，ｐ为横撑在拱 ● ０
由图２中位移几何关系知，一ｖｇ伽ｔａ＝ｂｖ￥，
ｖ＝一６Ｅｎ￣ＤＤ』ｄｓ＝２Ｉ）ｚ（＋ＨＪ一Ｊ＿ｕ・．。Ｓｌ ● ．ｄ
维普资讯
２）６年（０

大跨径钢管混凝土桁架拱桥稳定性分析

ｗｅｋ，ｔｏｌｗｉｇｍｅｓｒｓｓｏｌｅｔｋｎ，ｓｃｓｓｒｎｔｅｉｇｔｅｃｎｃｉｎｔｅｒｆｂｃｔｄＴａｈｅｆｌｏｎａｕｅｈｕｄｂａｅｕｈａｔｅｇｈｎｎｈｏｎｅｔｓｂｅｗｅｎｐｅａｒａｅｏｉ
第７卷第１期２１００年２月
铁道科学与工程学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＲＡＩＷＡＹＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲｌＮＧ
ＶＯ＿Ｎ０１ｌ７．Ｆｂ．２０ｅ０１
大跨径钢管混凝土桁架拱桥稳定性分析
ＷＡＮＧｎ，ＣＨＥＮａＹａＨｕｉ
（ｃｏｌｏＣｖｎｉｅｒｇＺｅｇｈｕＵｉｅｓｙｈｎｚｏ５０１ｈｎ）Ｓｈｏｆｉｌｇｎｅｉ，ｈｎｚｏｎｖｒｔ，Ｚｅｇｈｕ４００，ＣｉａｉＥｎｉ
ＡｂｔａｔＳａｉｌｓａｉｔｎｌｓｏｈｉｒｇｆＸｉｏＳｎ— ｘａｂｄｅ，ｉｅ，ａｈｌｔｏｇｏｃｅｅｓｒｃ：ｐｃａｔｂｌｙａａｙｉｆｒｔｅｍａｎｂｄｅｏａａｉｓｉｉｒｇｉ．．ａｆｈｕｈｃｎｒｔｉｅｔｌｔｂｌｒｔｓａｃｒｇａａｒｕ．ｈｐｃａｆｉｅｅｎａｃｌｔｄｌｏｒｇｆｌｄｓｅｕｕａｒｓｒｈｂｄｅｗｓｃｒｉｄｏｔＴｅｓａｉｎｔｌｍｅｔｃｌｕａｉｇｍｏｅｆｔｅｂｄｅｌｅｕｉｅｌｉｅｎｈｉｗｓｅｔｂｉｅｙａｏｔｇｆｉｌｍｅｔｐｏｒｍｄｓｃｖｌｔａｃｌｔｎｎｌｚｈｔｂｌｙｏｈａｓａｌｈｄｂｄｐｉｎｔｅｅｎｒｇａＭｉａ／ｉｉｏｃｌｕａｅａｄａａｙｅｔｅｓａｉｔｆｔｅｓｎｉｅｉｂｄｅｈｅｕｔｓｏｈｔｔｅｔｎｖｒｅｓｉｎｓｆａｃｂｉｗｅｋ，Ｓｐｉｚｎｈｅｔｎｏｒｈｒｂａｄｉｒｇ．ＴｅｒｓｌｈｗｔａｈａｓｅｓｔｆｅｓｏｒｈｒｓａｓｒｆｉＯｏｔｍｉｉｇｔｅｓｃｉｆｃｉｎｏａｔｅｓｒｃｕａｒｏｒｎｖｒｅｂａｉｇｙｉｒｖｔｈｕｆｐａｅｓｉｎｓｆｔｅｆｏｙｔｍｓａｓｈｔｔｒｌｍｆｔａｓｅｓｒｃｎｓｍａｍｐｏｅｉ．Ｔｅｏｔｏｌｎｔｆｅｓｏｈｏｒｓｓｕｏｆｆｌｅｉｌｏ

交叉布索预应力立体桁架拱静力与稳定性研究

第13卷第12期 2016年12月铁道科学与工程学报Journal of Railway Science and EngineeringVolume 13 Number 12December 2016交叉布索预应力立体桁架拱静力与稳定性研究贺拥军\张相扬\周绪红y(1.湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082;2.重庆大学土木工程学院，重庆410044)摘要：为提高拱结构的承栽力与刚度，改善其静力性能，根据张弦梁结构的布索特点，提出一种新型索拱结构。

选取桁架拱为研究对象，建立跨度为100 m 的交叉布索预应力桁架拱结构和普通桁架拱结构模型，采用ANSYS 分析不同矢跨比下各布索方案结构的最大坚向位移、支座水平反力、杆件内力峰值和内力分布情况、在全跨和半跨荷栽作用下的静力稳定性、屈曲模态，以及拉索节点位置对其稳定性能的影响。

研究结果表明：索杆体系的引入能有效改善纯拱的受力性能，提高结构的极限承栽力和刚度;在全跨、半跨荷栽作用下，本文建议的结构最优矢跨比均为0.3;拉索节点位置对结构极限承栽力有很大影响。

关键词：交叉布索；桁架拱;静力性能;稳定性;极限承栽力中图分类号:TU393.3文献标志码：A文章编号= 1672-7029 (2016) 12-2420-07Research on the static and stability behavior of cross cablepre-stressed 3D-truss archHE Yongjun1, ZHANG Xiangyang1，ZHOU Xuliong1.2(1.College of Civil Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China ；2.College of Civil Engineeting, Chongqing University, Chongqing 410044, China)Abstract ： In order to improve the bearing capacity and rigidity of the pure arch structure, a new cable archstructure is proposed based on the concept of the beam string structure. Ordinary arch and cable arch models with span of 100m are built. The maximum deflection, horizontal support reaction, peak value of member internal force and distribution of internal force, ultimate load and buckling mode of the structure, and the influence of the position of cable joints are analyzed with utilizing ANSYS. The result shows that, the adoption of the prestressing system can significantly improve the stress state of the truss arch, along with the rigidity and ultimate bearing capacity of the structure. And the optimal ratio is 0.3 under full-span load and half-span load. The position of the cable joints has great influence on the ultimate bearing capacity of the structure.Key words ：cross cable; truss arch ； static performance; structural stability; ultimate bearing capacity钢拱结构具有良好的力学性能，在桥梁、体育场馆、会展以及交通枢纽等大跨度和超大跨度建筑中得到了广泛应用，其主要结构形式有实腹式钢拱、格构式钢拱和索拱结构三大类[1]。

拉索拱桁架结构的受力性能分析

拉索拱桁架结构的受力性能分析1 概述拉索拱桁架结构是由承受轴力的拱形桁架、截面较小的高强钢索和撑杆组成，并通过对索施加一定大小的预应力使三者成为一个整体结构，承受外力荷载。

由于结构形式简单，能够充分利用钢材的抗拉强度并跨越较大的空间，且自身为自平衡体系，制作安装较网架结构简单，因此广泛应用于大跨度空间结构中。

本文运用大型有限元分析软件SAP2000建立30m跨度单榀拉索拱桁架结构模型，分析了预应力大小、撑杆数目和拉索垂度等影响因素对结构受力性能的影响，得到了不同的计算数据，通过画出不同影响因素的影响曲线，总结出了一些结构刚度、内力和位移变化的规律，得出了有益结论，希望能在今后的工程设计中给予参考。

2 模型建立某车间厂房结构形式为拉索拱桁架结构，每榀之间设置水平支撑或拉条以保证结构的平面外稳定。

由于拉索拱桁架结构主要以平面传力为主，可以取其中的一榀进行分析。

每榀拉索拱桁架跨度为30m，间距为10m，室内净高为6.5m，初步拟定撑杆数量为7根，撑杆间距为3m，杆件之间以及结构与基础连接均为铰接，拱桁架每节点所受恒载和活载均为10kN模型的建立与计算采用通用有限元结构分析与设计软件SAP2000。

桁架各杆件和下弦拉索均采用该软件中的框架单元模拟，由参考文献[2]可知，释放撑杆及桁架各杆件两端的弯矩可以模拟铰接连接，将拉索的抗弯属性设置为较小值可以模拟索单元。

2.1 预应力施加拉索拱桁架结构中，引入预应力可以抵消荷载应力，调整内力峰值，增强结构刚度及稳定性，赋予零刚度结构以必要的刚度，变几何可变体系为几何不变体系。

此外，在结构受到向上的风荷载时，为了避免拉索出现松弛，也需要有一定的预应力储备，以防止结构丧失整体受力能力。

但在引入预应力的同时，结构也会有部分杆件内力增大，恶化其受力条件并增大材耗。

因此，预应力值的确定是拉索拱桁架结构中关键问题之一。

在SAP2000中可以通过施加温度荷载模拟索中的预应力。

2.2 非线性分析对拉索拱桁架结构进行分析时，拱桁架中各杆件一般处于弹性阶段，对于拉索的分析，在索受到预拉力张拉绷紧后，通常也考虑索的应力-应变关系处于弹性阶段，不考虑材料非线性因素，只需考虑几何非线性的因素。

拱和横撑系统失稳的工程计算方法

拱和横撑系统失稳的工程计算方法1拱和横撑系统失稳的定义拱和横撑系统是指将拱形柱和横撑相连接，构成的一种桥梁构造形式。

它在吊桥中具有很高的使用率，但它容易出现振动，失稳现象。

拱横系统失稳是指桥墩下部蹲弯折，桥面坡度宜变，与上部墩系强度相称，使整个拱横结构失去稳定性的现象。

2工程计算方法为了确定拱和横撑系统失稳及其恢复稳定的机理，需要考虑三类参数：力学参数、桥梁参数和舞台参数。

这些参数可以提供有效的工程解决方案，在实施桥梁抗失稳治理项目之前，可以根据不同的工程情况选择对应的综合计算方法，，以计算分析拱和横撑系统失稳状态和恢复稳定情况。

A.力学参数计算通过测量力学参数，尽量准确地反映各桥梁的拱横系统的振动情况，求解拱横系统失稳的原因和采取有效抗震措施的方法。

所有桥梁结构的力学参数计算非常重要，包括桥梁的刚度、横撑的平衡性能和自由度，以及拱和横撑的刚度分布，这些参数通过实验可以得出，与数值计算和有限元分析有着千丝万缕的联系。

B.桥梁参数计算桥梁参数是影响拱横系统静力学结构性能变化能知觉拱横系统失稳的重要参数。

首先调查拱横系统失稳后桥梁刚度或结构响应强度变化量，如计算材料强度、拱横系统横断面尺寸和适应性等，从而确定拱横系统的抗震性能，以及后续的抗震及稳定处理措施。

C.舞台参数计算舞台参数是拱横系统失稳形态机理的重要参数，它是桥拱横系统失稳和抗震性能变化的重要因素。

影响拱横系统失稳模式的重要因素是考虑拱横系统受力特性、桥拱横系统的受力性能，如荷载特性、拱和横撑的刚度系数和弹性模量等。

在调查测算完成后，可以对该桥梁结构的受力失稳模式，从而确定相应的应力与失稳的发展趋势，为拱横系统的抗震性能及失稳趋势的进展，提供技术参考。

3综上所述拱和横撑系统失稳是指桥梁结构失去稳定性的现象，为了确定拱和横撑系统失稳及其恢复稳定的机理，应当考虑三类参数，即力学参数、桥梁参数和舞台参数。

这些参数可以提供有效的工程解决方案，可以根据不同的工程情况选择对应的综合计算方法，从而准确计算出拱和横撑系统失稳状态和恢复稳定情况。

拱桥稳定性验算 PPT

1、各伸臂阶段拱桁架自重产生的内力和挠度计算
悬臂桁架端部 i 点的挠度
fi
N1Npl
EA
N 1 点单位荷载作用下各杆件内力
N p 自重力作用下各杆件的内力
l 各杆件的长度
大家好
15
2、起吊框构时拱桁架产生的内力变形及挠度计算
大家好
16
3、伸臂拼装拱桁架的连接设计与上弦拉杆计算
4、箱形拱顶、底板加载过程中桁架的内力计算
水平力
H
' i
H1
轴向力
N
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i
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yi H1
V1
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ai
i
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Gi xi
（3）边段拱肋（箱）在自重和中段拱肋自重R共同作用下的内力计算
大家好
11
中段拱肋吊装合拢时，对边段悬臂端部
的作用力大小很难准确确定。目前，一般按中段拱肋自重的15％～25％作为中段合拢时对边段悬臂端部的作用力（R）。由右图，可以计算出在R作用下，扣索拉力T 2 、支点水平反力 H 2 、竖向反力 V 2 为：
受力特点：中段拱肋在吊装合拢时，由于起重索放松过程很慢，往往在起重索部分受力的情况下，接头与拱座逐渐顶紧，拱肋已受轴向力作用，因此在设计时，虽然中段拱肋仍按简支于两边段悬臂端的梁来计算，但计算荷载则按中段拱肋自重的30％～50％计算，计算的均布荷载为：
g(0.3~0.5)W l
大家好
13
T 1 h Gb 0

静风荷载下大跨钢桁拱桥施工稳定性分析

静风荷载下大跨钢桁拱桥施工稳定性分析靳国胜;田军伟;郑万山【摘要】介绍同时考虑材料非线性和几何非线性的钢桁架拱桥稳定性分析方法,并采用该方法对大宁河特大桥在纵横向静风荷载作用下的施工稳定性进行分析.计算结果表明,几何非线性对大跨钢桁拱桥稳定系数影响较小,而材料非线性对稳定性计算结果影响较大,不容忽视.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】4页(P86-88,91)【关键词】稳定性;静风荷载;非线性;钢桁架拱桥【作者】靳国胜;田军伟;郑万山【作者单位】招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆,400067;招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆,400067;桥梁工程结构动力学国家重点实验室,重庆,400067【正文语种】中文【中图分类】U448.22+4稳定问题在桥梁工程及钢结构中不容忽视。

随着桥梁跨径的不断增大，桥塔、施工塔架高耸化、箱梁薄壁化以及高强材料的应用，细长比增大、结构整体和局部刚度下降，使得稳定问题在此类结构分析中显得更为重要。

特别是拱桥结构，在静风荷载等作用下，以承受压力为主，拱肋还承受一定的弯矩、扭矩和剪力，在施工和运营阶段拱结构可能由于本身刚度或者支撑不足而丧失稳定[1]。

过去曾多次发生拱桥施工失稳事故，给国家和人民生命财产造成重大损失。

因此，拱肋结构的施工稳定安全性是拱桥设计和施工中需要考虑的重要因素之一。

对于大跨度钢拱桥来说，拱肋架设是整个桥梁施工中难度最高、风险最大的关键性工序，必须对整个架设过程进行严格的计算分析控制。

目前，大跨度钢桁拱肋的架设主要采用缆索吊装—千斤顶斜拉扣挂法，矢跨比较高、吊装节段多、吊装重量大，因此对吊装系统的荷载要求高，对缆扣塔的强度、刚度和稳定性要求也很高。

整个吊装系统及拱肋结构在施工过程中，其施工稳定性受静风荷载等外荷载影响很大，必须对其进行稳定性计算分析[2-5]。

1 稳定性分析方法从微分学角度考虑稳定问题主要分为2类：1）分支点失稳问题；2）极值点稳定问题[6]。

大跨度钢桁梁柔性拱桥稳定性能研究

大跨度钢桁梁柔性拱桥稳定性能研究摘要：某跨径布置为(130+338+338+130)m的钢桁梁柔性拱双线铁路桥,其跨度和建设规模在同类桥梁中均属于最大,稳定性问题更为突出,设计难度高。

研究在恒载和活载作用下的一类稳定性和二类稳定性。

研究结论：(1)一类稳定过高地估计本桥的承载能力,不能作为承载能力的设计依据；(2)二类稳定非线性特征主要表现为材料非线性,几何非线性的影响可以忽略；(3)加载方式对稳定性分析有较大影响,隔跨布置活载时是最不利的受力状态,全桥满布活载时是最理想的受力状态；(4)具备足够的安全储备,结构设计合理。

关键词：铁路桥；大跨度钢桁梁；柔性拱；稳定性；承载力1 概述失稳是结构破坏的形式之一,拱桥的稳定分析是拱桥设计的关键问题。

分析拱桥的稳定性能,不仅可用于极限设计,而且有助于了解结构的破坏形式,准确探知结构在给定荷载下的安全储备或超载能力[1]。

国内外学者对拱桥的稳定性做了大量研究工作[2-9]。

过去,人们对拱桥的稳定性分析主要采用线性屈曲法,由于该方法未考虑非线性效应和结构“初始缺陷”的影响,仅适用于理想状态[10]。

随着计算方法的提高和计算机技术的发展,考虑几何非线性和材料非线性的有限元法成为稳定分析中强有力的工具。

钢桁梁柔性拱是连续钢桁梁和钢箱拱组合的一种桥型,充分发挥连续钢桁梁承载力大和钢箱拱跨越能力强的优势,受到桥梁界的青睐。

钢桁梁柔性拱桥典型的已建工程有合福铁路合肥南环线(114.72+229.5+114.75)m双线铁路桥[11-12]、厦深铁路榕江(110+2×220+110)m双线铁路桥[13],在建工程有沪通长江大桥天生港专用航道(140+336+140)m公铁合建桥[14],这也是目前最大跨度的铁路钢桁梁柔性拱桥。

以某大跨度2×338 m双主跨钢桁梁柔性拱桥为实例,研究在不同布载工况下的结构稳定性,为设计提供依据,为类似工程提供参考。

2 结构稳定性理论结构的稳定性分为基于线弹性的一类稳定问题和基于非线性的二类稳定问题。

纳界河大桥拱上立柱抗风稳定性分析(修改终稿)

拱上立柱抗风稳定性分析一、工程概况纳界河特大桥为上承式提篮钢桁拱桥，主拱施工完成后，吊装拼接拱上立柱。

1#立柱（靠近拱脚）高达39.919m，为平面桁架结构，其纵向抗风稳定性需要进一步论证。

图1 纳界河特大桥主拱及拱上立柱二、风荷载根据《铁路桥涵设计基本规范TB10002.1-2005》第，作用在桥梁上的风荷载强度：式中W——风荷载强度（Pa）；——基本风压值（Pa），根据设计说明取700Pa（相当于33.5m/s的风速）；——风载体形系数，依照规范，主拱及拱上立柱取1.3；——风压高度变化系数，取1.56；——地形、地理条件系数，取1.3。

Pa2.1 主拱横风荷载根据《铁路桥涵设计基本规范TB10002.1-2005》第，横向风力的受风面积应按桥跨理论轮廓面积乘以系数，钢拱两弦间的面积0.5。

主拱立面轮廓面积4182.48m2，主拱横风：近似按平均作用在上、下弦杆上，上、下弦杆长度分别为389.2m、376.2m，则弦杆受到的线荷载为：。

2.2拱上立柱横风荷载1#立柱迎风面宽度1.248m，单位长度横向风荷载：其余立柱同理。

2.3拱上立柱纵风荷载1#立柱主杆件迎风面宽度1.648m，纵向风荷载其余立柱同理。

三、MIDAS模型将以上荷载加到MIDAS模型中，计算各杆件内力、应力，并分析杆系稳定性。

图2 自重+横风荷载作用下应力图（MPa）图3 自重+纵风荷载作用下变形图（MPa）图4 自重+横风荷载1#立柱应力图（MPa）图5 自重+纵风荷载1#立柱应力图（MPa）各杆件应力均满足要求。

计算杆系稳定性，得到屈曲模态和稳定系数。

图6 第一阶屈曲模态图7 第二阶屈曲模态图8 第三阶屈曲模态稳定系数均远大于1，不会出现失稳问题。

四、结论主拱及拱上立柱在风荷载作用下满足应力、稳定要求，不会出现结构失稳及破坏。

温度荷载作用下合龙段下弦杆强度验算根据目前拟定的纳界河大桥主拱合龙方案，合龙顺序为：首先合龙下弦杆及下平联，接着依次拼装斜腹杆，最后合龙上弦杆及上平联。

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（）为体系有初始侧向弯曲，１认荷载有初偏心等初始缺陷，
［盯。ｒｏ，桥梁设计中安全系数ｋ１，＝．故桥梁的ｋ７倍设计荷载ｋ（ｑｑ为桥梁每延米设计荷载）即为极限荷载，施加ｋ荷载于桥梁，ｑ以桥宽Ｂ为未知数，按侧倾稳定方程解出桥宽Ｂ，出等强度宽跨比。即得Ｂ／，若桥梁实际宽跨￣ＢＬＢ几，Ｌ，／＞则桥梁侧倾稳定；／＜，￣ＢＬＢ／Ｌ则侧倾失稳，故桥梁侧倾稳定检算式为：／￣ＢＬＢＬＪ。＞
小，外，限状态下，计最大应力ｏｋ＝，另在极设ｒ【因此，］在ｋ
当桥梁宽度Ｂ超过某个定值时，随着荷载增加，桥梁先达到按强度计算的承载力极限状态，而在桥梁工作期间，不会侧倾失
稳。当按侧倾稳定计算的桥梁临界荷载等于其按强度计算的极限荷载时，桥梁侧倾稳定性与强度同时丧失，时的桥梁宽跨比此称为等强度宽跨比，。以Ｂ几表示翻。当然，对宽跨比超过Ｂ几的桥梁，理论上可求出其侧倾失稳的临界荷载，但该桥早已失去强度而破坏，使计算失去物理基础，没有实际意义。压杆失稳临界力小于其按强度计算的极限承载力，故对任何压杆计算其临界力，不会失去物理基础，相反，对截面削弱极少的压杆进行强度检算，是没有必要的，我国桥梁设计规范就是这样规定的。
荷载作用下，它们的实际最大应力小于盯，为简化计算，我们认
为计算桁梁等强度宽跨ｔＢ坏须折减纵、ｔ／，横梁的弹性模量Ｅ同。
样，桁梁横联腿杆主应力盯仅由其扭曲引起，数值甚小，腿杆与
（）３平联各斜腹杆两端铰接，除横撑外，桁梁平联斜腹杆及
研究表明，在杆件高长￣ｈ＝／１１２的范围内，／ｌ１０／０Ｌ节
点刚性引起的二次应力大约为主应力的５～２％九江桥拱桁Ｏ，组合体系最大高长￣ｈＬ１％，除横梁及纵梁外，系杆件ｋ／＝２故体
主要承受轴向拉（，压）主要受主应力盯舴用，仅在节点附近受
双向弯曲应力盯作用，当杆件任意点的应力盯＝仃ｒｙｏｂ盯。钢材比例极限），＞（时理应按该点的切向模量ＥＥ，＝ｆＥ，（ｏ盯。＝ｔ＝ｏ一盯）ｒＥｒ（一叮。ｏ。），ｒ来折减其弹性模量Ｅ，但计算之繁无法克服，为简化计算并考虑杆件的实际工作，当主应力盯Ｎ盯。，＞时用系数折算弹性模量Ｅ，当杆件任意点的应
及桥面系刚度影响的考虑；）２按侧倾稳定要求的刚度影响的考虑；）弹塑性工作的考虑。３体系大跨度钢桁梁桥侧倾稳定分析时，作如下几点基本假定：（）１三角形桁梁横向弯扭变位时，竖杆无轴向伸缩变形；桁梁上下平纵联横撑及横梁无轴向伸缩；体系侧倾失稳时拱轴无伸缩，拱轴线为抛物线；（）由于桁梁竖向弯曲刚度比其横向弯曲刚度大得多，２桁梁侧倾失稳时拱不产生新的竖向位移。
２桥梁等强度宽跨比Ｂ／及侧倾稳定检算式ｓＬ
按上述次应力幅度及ｏ。０７判断，ｒ＝．此时杆件任意点的应力
盯＝
仃＋ｂ然小于钢材屈服极限盯。盯扔
按现行钢桥设计理论，纵、横梁截面由简支梁最大弯矩确定，不考虑纵、横梁间及它们与主桁间空间工作，其截面比按实际最大弯矩确定者常有富裕，其实际最大应力比设计最大应力
力盯＝ｒｋｏＮ＋盯＋，而主应力盯Ｎｏ。，＜时不予折减，ｒ因为
拱和托架平联斜腹杆分别于主桁、拱肋，托架弦杆空间铰接；纵梁在铁路面内与横梁铰接。（）４当横梁为制动撑架的组成部分时，制动撑架刚度很大，
可假设横梁为面外弯曲变形。
技术与市场
第１￣ｇ期２１年８８０１
技术研发
拱桁组合体系侧倾稳定性分析
王先前
（深圳市市政设计研究院有限公司，东深圳５８２）广１０９
摘要：过以九江桥三跨连续拱桁梁组合体系作为算例，通求得侧倾稳定方程中的行列式８，值并得出等强度宽跨ｒＢ／ｂｓＬ
及８Ｂ曲线，研究分析方法对类似桥梁具有一定的参考价值和意义。一其
关键词：定性；桁组合体系；稳拱侧倾稳定性
ｄｉ０３６／ｉｎ１０－５４２１．８９ｏ：．９９．ｓ．０６８５．１．７１ｊｓ０００
３体系弹塑性工作的考虑
考虑这些缺陷的侧倾稳定分析变为该体系的极限承载力分析。（）为体系无初始缺陷，２认按分支点失稳处理。第一种处理方法十分复杂，尚无人做过，第二种处理方法
较为可行，是还需要对以下几个问题进行考虑：）但１节点刚性
１问题的提出
减系数，［钢材基本容许应力） Байду номын сангаас［卜般小于钢材屈服极卜。ｋｏｒ限盯故压杆失稳的切线模量Ｅ＞。拉杆极限承载力为ｋ盯，０【ｋ
大跨度钢桥的悬臂拼装及其宽跨比的决定都需要考虑其侧倾稳定问题，对其侧倾稳定分析有两种处理办法哪：