大跨度系杆拱桥拱脚结点局部应力分析
三拱肋钢管混凝土系杆拱桥拱脚局部应力分析
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
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。
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
大跨径劲性骨架钢筋砼拱桥拱脚、拱座局部应力分析
上搭 建模 板分段 分层浇注 砼 ，最后 形成劲性骨 架钢筋砼 拱 桥 。这种 桥型充分 发挥 了各 自材料 的特 长 ，克 服 了大跨 拱 桥的施工 困难，跨越 能力很 大 。在 基础 较好 的峡谷地区 ， 实现一跨 过谷，具有 不可 比拟 的优势 。拱座和 拱脚 常常 引 起特 别关注 ，因为拱脚 内力很 大 ，截 面过度有突变 ，拱脚 及 拱座局 部区域会引起 应力集 中而且应 力很大 ，往 往控制
近 十几年来 ，劲性钢 （ ）骨 架钢筋砼 拱桥在我 国发 管
展 迅 速 ， 它 是 利 用 型 钢 、 钢 管 作 劲 性 骨 架 ， 然 后 在 其 基 础
面 ，箱梁底 宽５ ４ ｍ ． ０ ，简支梁 固定支座 设在 下坡端侧 ，连续 梁 固 定支 座设 在 拱顶侧 。拱顶 ４． ｍ 段设 计为 框架 式结 ７５一 构 ，为避 免其与 拱圈结构共 同受力 而使顶 板产生较 大 的顺 桥 向压力 ，每隔９ ５ 设一道断缝 。 ．ｍ
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｃｏ ｂｎ ｄｗｉ ａｇ ｐ ｎ Ｓ ｔａ ｔ ｍ ｉｅ ｔ ａｌｒ ｅｓ ａ ＲＣ ｒｈ Ｂｒｄ ｅｏ ｃ ａ ｇ Ｗ ａ ｚ ｏ ｉ ｙ ｓｒ ｔ ｒ ｓｏ ｉｆｒｎ ｒｈ—ｏ ｔ ｈ ａ ｃ ｉｇ ｎＹｉｈ ｎ — ｎ ｈ ｕ Ｒａｌ ｗａ ， ｔｕｃｕ ｅ ｆｄｆｅ ｅ ｔａ ｃ ｆ ｏ ｓ ｗｅｅｄ ｓ ｕ ｓ ｄ Ａｎ ａ ｉ ｒｄ ｅａ ｎ ｅ ａ ｐｅ ｔ ｅａ ｖ ｎ ａ ｅ ｎ ｏ ｒ ｐ ｉ ｙｏ —ｔｐ ａ ａｙ ｉ ｔ ｏ ｎｌ ａ ｒ ｉｃ ｓｅ ． ｄ ｔｋｎｇｂ ｉ ｇ ｓａ ｘ ｍ ｌ， ｈ ｄ ａ ｔｇ ｓａ ｄ ｉ ｇ ａ ｈｃｗａ ｆ ｗｏ ｓｅ ｎ ｌｓｓｍｅ ｈ ｄｉ ｄｉ ｔ ｏｃ ｌ ｆｎｔ ｌｍ ｅ ｔａ ａｙ ｉ ｗｅ ｅｕ ｄ ｒｃ ｎ ｔｕ ｔ ｎ ｉ ｔｏ ｕｃ ｄ ｉ ｉ ｅｅ ｎ ｎ ｌｓｓ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ｓｒ ｃ ｉ ｎ ｒ ｄ ｅ ．Ｌｏ ａ ｔｅ ｓｄ ｓｒｂ ｔｏ ｆｔｅ ａ ｃ ｆ ｏ ｎ ｈ ｋ ｗｂ ｃ ｏ ｃ ｌ ｒ ｓ ｉｔｉｕ ｉ ｎ ｏ ｒ ｈ—ｏ ｔａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｅ ａ ｋ ｓ ｈ ｗｅｅｓｕ ｉｄ ｗｉｈ ｔ ｅｔ ｒ ｔ ｄ ｅ ｔ ｈ ｗｏ —ｓｅ ｎ ｌｓｓｍ ｅｈ ｄ Ａ ｄ ｔ ｅｒ ｔ ａｉ ｆｔ ｅｓｒ ｔ ｒ ｓａ ｐｒ ｉｅ Ｔｈ ｎａｙ ｉ ｒ ｓ ｌｓ ｔｐ ａ ａｙ ｉ ｔｏ ． ｎ ｈ ａｉ ｌ ｙｏ ｈ ｔｕｃｕ ｅｗａ ｐ ａｓ ｄ． ｅａ ｌｓｓ ｅ ｕ ｔ ｏｎ ｔ
拱桥拱脚局部应力及拱脚处预应力钢束布置分析研究
拱 轴 线采 用二 次抛 物线 ， 两 拱肋 中心距 １ １ ． ８ ｍ， 拱 肋 之 间 的横 向 风 撑 采 用 ｑ ￣ ８ ５ ０ ｘ １ ４ ｍｍ 的 钢 管 ， 斜 向 风 撑 采 用 ￣７ ０ ０ ｘ ｌ ４ ｍｍ 的 钢 管 ， 中 间 设 一 道 一 字 形 横
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ３—１ ２
图 １ 主 桥 总 体 布 置
２能 《
图 ３ 空 间 梁格 计 算 模 型
根据 圣维 南原 理 ， 单 端 拱 脚 实 体分 析 段 长 度 取 １ ４ ｍ， 采 用 结 构 计 算 通 用 程 序 Ｍｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ ２ ０ １ ０版 进 行 实 体 分 析 。 用 辅 助 建 模 软 件 ＭＩ ＤＡＳ ／ Ｆ Ｘ ＋ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ － ｅ ｒ 建 立 梁端 实体 段模 型 ， 梁 底 支 座 范 围 考 虑 支 座 钢 板作 用 ， 支座钢 板 局部 实体单 元独 立划 分 ， 预 应 力 钢 束位 置按 照实 际 布置 位 置 采 用桁 架 单 元 建 立 模 型 。 计 算 模型 共划 分 为 ６ ６ ２ ７ ６个 实 体 单 元 ， １ ２ ８ ８个 桁 架单 元 ， 节 点共 计 １ ４ ２ ２ ４ 个 。 将 模 型 导 入 Ｍｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 后 即可进 行计 算 。
大跨度连续刚构拱桥关键部位应力分析与试验
ｅ ｎ ｍｏ ｅ ｉｇ，ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｉ ｌｔｄ ｂ ｅ ａ ａｅ ｄ ｌｎ ｌｍｅ ｔ ，ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｙ．Ｓ ｇ ｎｓ ｆｒａ ｄ ｎ ｏ ｄ ｍｄ ｉ ｄ ｌ ｎ ｎ ｈ ｙ ｗｅ ｅ ｓｍｕ ａｅ ｙ ｒｂ ｒ ｔｓａ ｉｋ ｅｅ ｎｓ ｅ ｐ ｃ ｉ ｌ ｒ ｎ ｖ ｅ ｍｅ ｔ ｄ ｉ ｇ ｌａ ｓ ｏ ｗｅ ｅ ｓ ｔｕ ｎ ｂ ｓｓｏ ａｎ ｒ ｅ ｐ ｏ ａ ｉ ｆＳ ｉｔ—Ｖｅ ａ ｔＴ ｅ ｒ ｏａ ｏｄ ｂ ｕ ｄ ｒ ｆ ｃ ．Ａｃ ｏ ｄｎ ｏ ｃ ｌｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌｓ ｈ ｅｏｍａ ｎ ｈ ｏｙ ｔ ｖ ｉ ｏ ｎ ａ ｙｅｆ ｔ ｎ ｅ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ａｃ ｌｔ ｅ ｕ ｔ ，ｔｅ ｄ ｆｒ ． ｏ ｔ ｎ ａ ｄ ｓｒｓ ｔｔｓｏ ｏ ｎ ｃｉｎ ｐ ｒ ｒ ｎ ｌ ｓｄ，ａ ｄ ｍｏ ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｌｔｄ ａｉ ３． ｓ ｏ ｅ ｆｒｏ ｓ ｒ ｉｇ ｉ ｎ ｔｅ ｓｓａｅ ｆｃ ｎ ｅ ｔｏ ａ ｗｅｅ ａ ａｙ ｅ ｏ ｔ ｎ ｄ ｌｔｓ ｆｓｍｉ ｕ ｅ ｒｔｏ １： ２ Ｗａ ｄ ｎ ｂ ｅ ｖｎ ｉ ｏ
ＬＩＹｕ ，ＲＥＮ ｅ． ｏ ｇ Ｆ ｅ Ｗ ｉｄ ｎ ２ ＥＮＧ ｈ ｕ ｑ ａ 。 Ｃ Ｚ ｏ．ｕｎ ＨＥＮ ｅ ｇ ｑ ｎ￣ Ｚｈ ｎ ． ｉｇ ， Nhomakorabea，
（ ． ｕｎ ｚ ｏ ｉｇ ａｇ Ｒ ａ ｏ Ｌｄ ， ｕｎ ｚ ｏ １ １０ Ｃ ｉａ １ Ｇ ａ ｇｈ ｕＸ ｎ ｕ ｎ ｏ ｄＣ ． ｔ ． Ｇ ａ ｇｈ ｕ５ ０ ０ ， ｈｎ ；
摘 要： 建立 了连 续刚架拱桥 边跨钢拱肋与预应 力混凝 土 系梁连接 部位三维有限元 空间模 型， 模拟 了该部位在 各种荷 载工
况下的受力情况。计算模型考虑 了普通钢 筋与预应 力钢筋的不 同力 学性能 ， 分别用配筋率和 带初应 变的杆单元模 拟 ， 并依 据圣维 南原理设置 了荷载加载段 以消除边界 效应。根 据计算结 果， 分析 了边拱 与 刚性 系梁连 接 区域的 变形情况 和应力 状 态， 并设 计 了相似 比为 １３ ２的模 型进行加 载试验 ， ：． 测试 了关键 部位的应 变和变形 ， 与有 限元 计算结 果进 行 了对比分析 ， 检 验 了设计 的安全性 与合理性 分析 和试验 表明 ， 渡段 的支座上方与拱肋上下弦管 交汇 处为主要 的应力集 中部 位 ， 过 应在 设
大跨径钢箱系杆拱桥拱梁结合段局部受力分析
第1期（总第214期）2021年2月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGＮｏ．１ （Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２１４）Ｆｅｂ． ２０２１大跨径钢箱系杆拱桥拱梁结合段局部受力分析周 云 岗，洪 慧 卿，鄢 余 文[上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092]系杆拱桥是由拱肋、系梁、系杆、吊杆相互联结而成的外部静定结构。
拱梁结合段为拱肋、系梁、横梁和水平系杆交汇点，受力复杂，需进行精细化局部分析，以获得准确的结构受力状态[1]。
拱梁结合段局部分析方法主要有2种：一是基于圣维南原理[2-6]，截取局部结构进行分析；二是建立混合模型[7-8]，拱梁结合段采用板壳或实体单元，其余构件采用梁单元，进行整体分析。
混合模型较为复杂、费时且效率较低。
工程实践中，普遍采用截取局部结构建立有限元模型进行分析[9]。
拱梁结合段局部分析关键点是根据结构的特点，选择合适的边界条件和加载方式，分析获得符合实际受力情况的计算结果。
基于上海市浦星公路跨航道主桥拱梁结合段进行局部分析，对上述关键问题进行探讨。
1 工程概况浦星公路跨航道主桥为下承式钢箱系杆拱桥，桥梁理论跨径230 m，总长237 m，桥宽43.4 m。
拱肋和系梁采用钢结构，桥面系采用钢-混组合结构。
主桥拱肋平面内倾12°，拱肋轴线中心距在拱梁结合段为31.5 m，拱顶处为12.372 m。
拱肋为二次抛物线，平面内矢高46.0 m，矢跨比1:5。
系梁收稿日期：2020-11-03第一作者简介：周云岗（1980—），男，高级工程师，工学博士，主要从事大跨度桥梁设计理论工作。
摘要：基于上海市浦星公路跨航道主桥拱梁结合段工程，针对钢箱系杆拱桥拱梁结合段的受力特点，建立拱梁结合段板壳有限元分析模型，对比研究边界条件的模拟方式，分析拱梁结合段拱梁整体腹板、支座加劲板和系杆锚箱等关键区域的应力分布情况。
研究表明，拱梁结合段最不利受力板件为拱梁整体腹板、支座横隔板及系杆锚箱，应力集中点主要位于整体腹板与支座加劲板顶部相交处，拱梁整体腹板最大应力分布在拱肋和系梁交接线处，不宜在该节段设置分段线进行现场连接施工。
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 ；
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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
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。
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。
广大铁路1-80 m系杆拱桥拱脚受力分析研究
3 模型建立
3. 1 单元选取 采用两步有限元分析法建立模型。第一步采用系
水利水电技术 第 51 卷 2020 年增刊 2
席红星． 广大铁路 1－80 m 系杆拱桥拱脚受力分析研究［J］. 水利水电技术，2020，51（ 增刊 2） ： 243-247. XI Hongxing． Study on arch foot stress of 1－80 m tied arch bridge in Guangda Ｒailway ［J］. Water Ｒesources and Hydropower Engineering， 2020，51（ S2） ： 243-247.
杆单元建立全桥模型进行整体分析，得到各杆件的内 力，然后采用通用有限元 MIDAS FEA，建立拱脚处 有限元实体单元模型，把各杆件内力有效地施加到拱 脚模型断面上，再加上相应的约束条件，通过程序计 算可得到局部模型的应力分布情况。根据圣维南原 理，选取拱肋伸出拱座长 12. 0 m，系梁从端部取至 11. 26 m。模型采用三维空间分析，钢筋用线单元模 拟，混 凝 土 部 分 采 用 实 体 单 元 模 拟， 总 共 有 327 843 个单元、89 924 节点（ 见图 种工况（ 荷载提取值 见表 1） 。 3. 3. 1 施工阶段
组合 1： 恒载（ 自重+预应力） 。 组合 2： 恒载（ 自重+预应力） +整体升温 20 ℃ 。 组合 3： 恒载（ 自重+预应力） +整体降温 20 ℃ 。 组合 4： 恒载（ 自重+预应力） +吊杆升温 15 ℃ 。 组合 5： 恒载（ 自重+预应力） +吊杆降温 15 ℃ 。 3. 3. 2 运营阶段 组合 6： 恒载（ 自重+预应力+五年收缩徐变） +活 载+整体升温 20 ℃ 。 组合 7： 恒载（ 自重+预应力+五年收缩徐变） +活 载+整体降温 20 ℃ 。 组合 8： 恒载（ 自重+预应力+五年收缩徐变） +活 载+吊杆升温 15 ℃ 。 组合 9： 恒载（ 自重+预应力+五年收缩徐变） +活 载+吊杆降温 15 ℃ 。 组合 10： 恒载（ 自重 +预应力 +五年收缩徐变） + 活载。 3. 3. 3 日照作用（ 温度梯度） 组合 11： 恒载（ 自重+预应力） +温度梯度。 组合 12： 恒载（ 自重 +预应力 +五年收缩徐变） + 活载+温度梯度。 3. 4 应力计算 3. 4. 1 拱脚主拉应力计算 分析各受力工况下拱脚性能时，主拉应力应做为 重点，计算结果如图 3 所示。 工况 1—工况 5 为二期铺装完成后在自重以及 规范规定的温度影响下的主拉应力分布云图，主拉 应力最大值在 0. 2 MPa 左右，出现在拱脚背部偏下 位置。 工况 6—工况 10 为运营阶段拱脚应力云图，该
铁路刚架系杆拱桥拱、墩刚结点局部应力分析
￣ ２ ｍ￣ ． ｂ ５ｍ ６ ９ｍｍ。拱脚 局 部详 细尺 寸如 图 ２所示 。 ２
２ 存 在 问题 分 析 拱 、 刚 结 点 处 的 结 构 构 造 及 受 力 复 杂 ， 结 构 设 墩 是
计 中须重 点考 虑 的细 部 结 构 和 关键 部 位之 一 ， 现在 体
如 下 几个方 面 。
１ ４对 吊杆 ， 杆 纵 向 间 距 为 ８ｍ。 系 杆 张 拉 于 与 主 拱 吊
收 稿 日期 ：０ ０—１ ３ ２１ １— ０ 作 者 简 介 ： 君 芳 （ ９ ４ ） 女 ， 理 工 程 师 ， ０ ９年 毕 业 于 中南 大 学 姚 １８ 一 ， 助 ２０ 桥 梁 工 程 专 业 ， 士 ， — ａｌｙ ｏ ｎａ ｇ ｓ ｉ． ｏ 。 硕 Ｅ ｍ ｉ ａｊ ｆｎ ＠ｔｄｇ ｃ ｒ ： ｕ ｎ
关 键 词 ： 架 系杆 拱 桥 ；拱 墩 刚 结 点 ；钢 一混 凝 土 结 合 段 ；局 刚
部 应 力 螽 辑
拱 、 刚结 点 构 造 如 下 ： 肋 为钢 箱 梁 结 构 ， 用 墩 拱 采
文 献 标 识 码 ： Ａ
中 图分 类号 ： ４ １ ． Ｕ ４ ５
Ｑ４ｑ ３ ５ Ｄ型 钢 材 。 钢 箱 内 布 有 横 隔 板 、 向 加 劲 肋 。 纵 各 个 板件 之 问通 过 焊 接 连 接 起 来 。拱 脚 为 混 凝 土 结 构 ， 箱与 混凝 土 的连 接处 设有 多块 预埋 钢板 ， 板上 钢 钢 开有 ＋ ０１ 圆孔 ， 穿过 ２ ｍＨ Ｂ ３ ６ ｉ Ｔ ｍ 并 ５ｍ Ｒ ３ ５钢筋 ， 与进 入 该 圆孔 的混 凝土 包裹 在 一 起 形成 Ｐ Ｌ剪 力键 ， Ｂ 以保 证 钢板 与 混 凝 土 共 同受 力 。 为 确 保 拱 脚 混 凝 土 不 开 裂， 在拱 、 刚 结点 处施 加 了与拱 肋平 行 的精 轧螺纹 钢 墩 预 应力 筋 ， 预应 力 螺 纹 钢 筋 采 用 Ｐ Ｂ ３ 锚 下 张 拉 控 Ｓ ８ ０，
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。
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=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
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
大型刚构拱桥拱脚局部有限元应力分析及试验
大型刚构拱桥拱脚局部有限元应力分析及试验
王海涛;谢官模;徐六旺
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2014(040)010
【摘要】以襄阳汉江五桥为背景,对其拱脚局部进行了有限元详细分析,并通过静载试验提取拱脚控制截面的应变数值,将计算结果分别与试验结果作对比,验证了局部有限元分析的重要性.
【总页数】3页(P162-164)
【作者】王海涛;谢官模;徐六旺
【作者单位】武汉理工大学工程结构与力学系,湖北武汉430070;武汉理工大学工程结构与力学系,湖北武汉430070;福建省南平市延平区建设局,福建南平353000【正文语种】中文
【中图分类】U448.23
【相关文献】
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2.下承式钢管混凝土拱梁组合拱桥拱脚有限元应力分析 [J], 詹刚毅
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4.140m下承式钢箱系杆拱桥拱脚局部模型试验研究 [J], 叶梅新;余山川;谢晓慧
5.拱桥拱脚局部应力及拱脚处预应力钢束布置分析研究 [J], 雷洪立;吕婧
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某大跨度钢管混凝土拱桥拱座局部应力分析
某大跨度钢管混凝土拱桥拱座局部应力分析摘要：拱座是钢管混凝土拱桥中受力较为复杂部位之一，本文采用两步有限元法，对某大跨钢管混凝土拱桥拱座的受力情况进行了分析，得到其应力分布规律，对应力集中部位提出了构造改进建议，给类似结构的设计和施工提供参考。
关键词：大跨度钢管混凝土拱桥；拱座；局部应力；圣维南原理；两步有限元法Abstract: The force acting on arch abutment is complex of concrete filled steel tube arch bridge. The arch abutment of a long-span concrete filled steel tube arch bridge is analyzed based on the second-order finite element method. The stress distribution is obtained and some suggestions for design and construction are recommended.Keyword: long-span concrete filled steel tube arch bridge; arch abutment; local stress; Saint-Venantprinciple; second-order finite element method1 引言钢管混凝土拱桥是一种造型美观，受力合理的结构形式。
在近十几年间，该结构形式在我国得到迅速的发展。
大跨度钢管混凝土拱桥的拱肋由钢管和内灌混凝土构成，钢管混凝土拱肋需插入到拱座中，拱座需要承受拱肋传来的巨大轴力和弯矩，在拱肋与拱座相接的范围内，受力复杂，往往会出现应力集中的现象。
目前在结构设计中，对该部位理论计算相对较少，对其应力分布情况掌握得不够明确。
某系杆拱桥边跨钢结构变形与应力分析
某系杆拱桥边跨钢结构变形与应力分析摘要：本文重点对某系杆拱桥边跨钢结构进行了变形与应力分析。
分析结果显示：系杆拱桥边跨钢结构变形满足规范要求，系杆拱桥边跨钢结构mises应力处于可控范围之内。
系杆拱桥边跨钢结构设计合理可靠，为类似系杆拱桥的设计提供了参考。
关键词：系杆拱桥；钢结构；变形；应力Abstract : This article focuses on the analysis of deformation and stress of side-span steel structure of a certain tied arch bridge. The results show that the deformation of the side-span steel structure meet specification requirements and the mises stress of the side-span steel structure is manageable. The design of the side span steel structure of the tied arch bridge is reasonable and reliable, also providing a reference for the design of similar tied arch bridge.Key words : tied arch bridge; steel structure; deformation; stress1 工程概况某中承式钢拱桥布置为46+138+46＝230m。
上部结构采用三跨双索面中承式系杆拱桥方案，主拱采用异形钢箱拱，主梁为等截面钢－混凝土叠合梁结构，吊杆采用高强度镀锌平行钢丝斜拉索，沿系梁布置水平系杆索。
拱肋之间设置拱上横撑和梁下横梁使其连成整体。
系杆拱桥施工过程中应力分析研究
系杆拱桥施工过程中应力分析研究发表时间：2016-07-04T15:19:44.467Z 来源：《基层建设》2016年7期作者：李宏[导读] 大致能与实际桥梁相应位置应力吻合，为今后建设的系杆拱桥应力安全提供了有效依据。
兰州枢纽工程建设指挥部摘要：本文以XXXXX立交特大桥1孔128m系杆拱桥为工程背景，介绍了针对系杆拱桥系梁施工监控的应力测试技术原理和方法，对实测应力的多种影响因素及误差进行了分析，验证了主要针对温度的应力修正方法，最后依据相似理论分析了1:16全尺寸缩尺模型，对比相同工况下的模型应力和实桥应力，结果表明缩尺模型应力经过换算后，大致能与实际桥梁相应位置应力吻合，为今后建设的系杆拱桥应力安全提供了有效依据。
关键词：系杆拱桥；施工监控；应力分析；缩尺模型；相似理论1 引言钢管混凝土是在薄壁圆形钢管内填充混凝土而形成的一种复合材料[1][2]，它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受力状态，从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。
系杆拱桥是一种特殊形式的拱桥，兼有拱桥和梁桥的特点，由于其在两拱脚间设置系梁，使得拱脚水平分力得以平衡，而使基础不受水平推力或只受较小的推力[3]。
与通常的圬工拱桥和梁桥相比，其有地基适应性强、结构受力合理、用料省、建筑高度低、施工方法多、造型美观等方面的特点，但拱桥在建造过程中,施工阶段的结构安全尤其是应力安全一直是令设计单位和施工单位担心并十分关注的重要问题，可见，进行施工过程中的跟踪监测是施工控制中必不可少的[4][5]。
已竣工的一些大跨度拱桥,施工中不乏惊险情况和潜在危险，现已引起世界桥梁工程界的足够重视。
现针对在建主跨跨度为128m的XXXXXXX钢管混凝土系杆拱桥,重点考虑在此桥施工监控中应力测试结果，介绍系杆拱桥施工监控必要性及主要内容，并分析了全尺寸缩尺模型，使缩尺模型能够为今后的系杆拱桥建设提供借鉴。