多跨拱桥连拱效应分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
拱 桥 不 计 连 拱 作 用 的影 响 ， 近 似 地 按 固定 拱 计 算 …。
１ ． １ 主 要 技 术 标 准
１ ） 荷载等级 ： 城一 Ａ级 ，人群 ３ ． ５ ｋ Ｎ ／ ｍ 。 ２ ） 抗震等级 ： 桥位处地震动峰值加速度为 ０ ． １ ｇ ， 基本烈度 ７度。 ３ ） 安全等级 ： 一级 ， 重要性修正系数 ｒ ｏ ＝１ ． １ 。 ４） 桥上纵坡为 ２ ． ０ ％，桥跨 中设置半径 ３ ０ ０ ０ ｍ
桥 梁下 部 结 构采 用 实体 墩 台 ＋承 台 ＋群桩 基
础 ，其 中桥 墩 处 采 用 双 排 桩 ，桩 径 １ ． ５ １ Ｔ Ｉ ，桥 台 处 采 用 ３排 桩 ，桩 径 １ ． ２ ｍ。
收稿 日期 ：２ ０ １ ４ — ０ ３ — ２ ８ 第 一作 者简 介 ：宋佳 （ １ ９ ８ １ 一 ），女 ，工程 师 ， 硕 士 ，主要
文献 【 ２ 】 提 出几 种连拱 简化计 算方 法 ，虽 然 已 做 简化 ，但计算工作量还是很大 。有 限元 软件的 出 现为连拱计算带来 了便利 。 本文 以一座三跨连拱拱桥工程设计 为例 ，采用 有 限元 软件 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ ２ ０ １ ２建立桥梁 空 间有 限元
模 型 ，研究基础刚度 、连拱效应 、拱 上建筑联 合作 倍 桩径 。桥梁总体布置 图见 图 １ 。
解放路 ． ２ 曹山路
龙子河桥采用 （ ３×２ ５）ｉ ｎ上 承 式 空 腹 拱 桥 ，
主拱为无铰拱 ，净跨径 ２ ５ １ Ｔ Ｉ ，净矢高 ５ ｉ ｎ ，矢跨 比 １ ／ ５ 。拱轴线 采用圆弧线 ，半径 为 １ ８ ４ ７ ． ５ ｃ ｍ。腹拱 圈净跨 径 ２ ． ５ ｍ，净矢 高 ０ ． ６ ２ ５ ｍ，矢跨 比 １ ／ ４ 。主 拱圈在拱顶及两拱脚处 预留间隔槽 ，间隔槽 宽度为
第４期 （ 总第 １ ７ ４ 期）
２ ０ １ ４年 ８月
中国彳放 ｚ
ＣＨＩ ＮＡ ＭＵＮＩ Ｃ Ｉ Ｐ ＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥ ＥＲＩ ＮＧ
Ｎｏ ． ４（ Ｓｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． １ ７ ４）
Ａｕ ｇ． ２ ０１ ４
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ］ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ４ － ４ ６ ５ ５ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ４ ． ０ ０ ５
中 圄彳 丛ｚ 霜
宋 佳， 吴 新 强： 多 跨 拱 桥 连 拱 效 应分 析
２ Ｏ １ ４ 年第４ 期
载施 加 于 桥 面 上 。桥 梁 下 部 墩 台身 、承 台 、桩 基 采 用 梁单元模拟 。
图 ３ 桥 墩 桩 基 础 参 数 图 图 ２ 全 桥 结 构 离 散 模 型
多跨拱桥连拱效应分析
宋 佳 ， 吴 新 强
（ 合 肥 市市政 设计 院有限公 司 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ４ １）
摘要 ：多跨 拱桥 在荷 载作用 下 ，各 拱墩 结点 会产 生水平 位移 和转 角位移 。以龙 子河桥 为例 ，探讨 在设计 中考虑 连 拱效应 的必要性 。通过有 限元软件 建立三维模 型 ，采 用 ｍ法考 虑桩土共 同作用 ，计 算多跨拱 桥连拱效 应。
关 键 词 ：拱 桥 ；连 拱 效 应 ；桩 土 共 同 作 用 中图分类号 ：Ｕ ４ ４ ８ ． ２ ２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ４ － ４ ６ ５ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ － ０ ０ １ ５ － ０ ２
拱桥是 我国广泛采用 的一种桥梁体 系。早 期的 拱桥 多采用 重力式桥墩 ，无论单孔还是 多孑 Ｌ 拱 桥均 按 固定拱 （ 即单 孑 Ｌ 拱 ）计算 。计算表 明 ，只有 当桥 墩 抗推 刚度是 拱 圈抗 推刚 度 的 ３ ８倍 以上时 ，多孔
算采用有 限元软件 ＭＩ Ｄ Ａ Ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ ２ ０ １ ２ 建 立有 限元模 型， 单元及 节点划分见图 ２ 。桥梁上部 主拱 、 腹拱 、
横墙 、桥面板采用梁单元模拟 ，桥 面板与 主拱 、腹
拱采用小间距刚性支撑连接 ，拱上填料作为线形荷
１ Ｓ
从 事桥 梁工程设计 工作 。
用 对 结 构 受 力 的影 响 。
１ 工 程 概 况
根据工程地质勘察报告 ，桥位处岩土层从上至
下依次 为 ： ② 素填土 、③粉质 黏土 、④ 粉质黏 土 、 ⑤全风化花 岗岩 、⑥强风化花 岗岩 以及⑦ 中风化花
岗岩 。桥梁桩基 嵌人 中风化 花 岗岩 的深度 不小于 ２
１ １ｎ
１ ． ５ ｍ。
研＿ ｕ ｕ ｕ
～专 — ］亨 一
＿
图 １ 桥梁 总体布 置图 （ ｍ）
ｕ ｕ ｕ
２ 有 限 元 建 模 及 计 算
由于本桥结构受力 的特殊性 ，各跨之 间存在连 拱效应 ，常规 的单 拱计 算方法 无法满 足设计要 求 。
因 此 ，在设 计 计 算 分 析 过 程 中 ，建 立 基 础 刚度 的全 桥 模 型 ，对 多 跨 连 拱 桥 进 行 空 间 分 析 。 总体 静力 计
的 凸形 竖 曲线 ，横 坡 ２ ％。 ５）设 计 时 速 ： ５ ０ ｋ ｍ／ ｈ 。
１ ． ２ 工 程 地 质 概 况
但 随 着 以钻孑 Ｌ 灌 注桩 为 基础 的轻 型桥 墩 的推广 普 及 ，下部结构 日渐轻盈 ，连拱 的作用相 当显 著 ，使
得 连拱 计 算 尤 为 重 要 。
２ ． １ ． ２ 桩 基 单 元 及 结 点 划 分
２ ． １ 桩 土 共 同作 用 模 拟
根据本桥的地质情况和计算精度要求 ，将桩分
成 ５段 （ 见 图 ４） ，然 后 计 算 出每 段 桩 的 地 基 水 平
按连拱计算时 ， 拱、 墩 内力按 实际刚度 比分 配 ， 上部结构 刚度主要为拱肋 自身 刚度 ，下部结构组合 刚度则主要 由群桩基础 刚度 、承 台刚度 、墩身 刚度 并联得 出 ，而群桩基础 刚度则与桩位处 的地质状 况 相 关 联 。 因此 ，准 确 模 拟 桩 基 础 与 土体 之 间 的相 互 作用 以满 足工程设计 的要求是该桥设计 的关键 点之
１ ． １ 主 要 技 术 标 准
１ ） 荷载等级 ： 城一 Ａ级 ，人群 ３ ． ５ ｋ Ｎ ／ ｍ 。 ２ ） 抗震等级 ： 桥位处地震动峰值加速度为 ０ ． １ ｇ ， 基本烈度 ７度。 ３ ） 安全等级 ： 一级 ， 重要性修正系数 ｒ ｏ ＝１ ． １ 。 ４） 桥上纵坡为 ２ ． ０ ％，桥跨 中设置半径 ３ ０ ０ ０ ｍ
桥 梁下 部 结 构采 用 实体 墩 台 ＋承 台 ＋群桩 基
础 ，其 中桥 墩 处 采 用 双 排 桩 ，桩 径 １ ． ５ １ Ｔ Ｉ ，桥 台 处 采 用 ３排 桩 ，桩 径 １ ． ２ ｍ。
收稿 日期 ：２ ０ １ ４ — ０ ３ — ２ ８ 第 一作 者简 介 ：宋佳 （ １ ９ ８ １ 一 ），女 ，工程 师 ， 硕 士 ，主要
文献 【 ２ 】 提 出几 种连拱 简化计 算方 法 ，虽 然 已 做 简化 ，但计算工作量还是很大 。有 限元 软件的 出 现为连拱计算带来 了便利 。 本文 以一座三跨连拱拱桥工程设计 为例 ，采用 有 限元 软件 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ ２ ０ １ ２建立桥梁 空 间有 限元
模 型 ，研究基础刚度 、连拱效应 、拱 上建筑联 合作 倍 桩径 。桥梁总体布置 图见 图 １ 。
解放路 ． ２ 曹山路
龙子河桥采用 （ ３×２ ５）ｉ ｎ上 承 式 空 腹 拱 桥 ，
主拱为无铰拱 ，净跨径 ２ ５ １ Ｔ Ｉ ，净矢高 ５ ｉ ｎ ，矢跨 比 １ ／ ５ 。拱轴线 采用圆弧线 ，半径 为 １ ８ ４ ７ ． ５ ｃ ｍ。腹拱 圈净跨 径 ２ ． ５ ｍ，净矢 高 ０ ． ６ ２ ５ ｍ，矢跨 比 １ ／ ４ 。主 拱圈在拱顶及两拱脚处 预留间隔槽 ，间隔槽 宽度为
第４期 （ 总第 １ ７ ４ 期）
２ ０ １ ４年 ８月
中国彳放 ｚ
ＣＨＩ ＮＡ ＭＵＮＩ Ｃ Ｉ Ｐ ＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥ ＥＲＩ ＮＧ
Ｎｏ ． ４（ Ｓｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． １ ７ ４）
Ａｕ ｇ． ２ ０１ ４
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ］ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ４ － ４ ６ ５ ５ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ４ ． ０ ０ ５
中 圄彳 丛ｚ 霜
宋 佳， 吴 新 强： 多 跨 拱 桥 连 拱 效 应分 析
２ Ｏ １ ４ 年第４ 期
载施 加 于 桥 面 上 。桥 梁 下 部 墩 台身 、承 台 、桩 基 采 用 梁单元模拟 。
图 ３ 桥 墩 桩 基 础 参 数 图 图 ２ 全 桥 结 构 离 散 模 型
多跨拱桥连拱效应分析
宋 佳 ， 吴 新 强
（ 合 肥 市市政 设计 院有限公 司 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ４ １）
摘要 ：多跨 拱桥 在荷 载作用 下 ，各 拱墩 结点 会产 生水平 位移 和转 角位移 。以龙 子河桥 为例 ，探讨 在设计 中考虑 连 拱效应 的必要性 。通过有 限元软件 建立三维模 型 ，采 用 ｍ法考 虑桩土共 同作用 ，计 算多跨拱 桥连拱效 应。
关 键 词 ：拱 桥 ；连 拱 效 应 ；桩 土 共 同 作 用 中图分类号 ：Ｕ ４ ４ ８ ． ２ ２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ４ － ４ ６ ５ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ － ０ ０ １ ５ － ０ ２
拱桥是 我国广泛采用 的一种桥梁体 系。早 期的 拱桥 多采用 重力式桥墩 ，无论单孔还是 多孑 Ｌ 拱 桥均 按 固定拱 （ 即单 孑 Ｌ 拱 ）计算 。计算表 明 ，只有 当桥 墩 抗推 刚度是 拱 圈抗 推刚 度 的 ３ ８倍 以上时 ，多孔
算采用有 限元软件 ＭＩ Ｄ Ａ Ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ ２ ０ １ ２ 建 立有 限元模 型， 单元及 节点划分见图 ２ 。桥梁上部 主拱 、 腹拱 、
横墙 、桥面板采用梁单元模拟 ，桥 面板与 主拱 、腹
拱采用小间距刚性支撑连接 ，拱上填料作为线形荷
１ Ｓ
从 事桥 梁工程设计 工作 。
用 对 结 构 受 力 的影 响 。
１ 工 程 概 况
根据工程地质勘察报告 ，桥位处岩土层从上至
下依次 为 ： ② 素填土 、③粉质 黏土 、④ 粉质黏 土 、 ⑤全风化花 岗岩 、⑥强风化花 岗岩 以及⑦ 中风化花
岗岩 。桥梁桩基 嵌人 中风化 花 岗岩 的深度 不小于 ２
１ １ｎ
１ ． ５ ｍ。
研＿ ｕ ｕ ｕ
～专 — ］亨 一
＿
图 １ 桥梁 总体布 置图 （ ｍ）
ｕ ｕ ｕ
２ 有 限 元 建 模 及 计 算
由于本桥结构受力 的特殊性 ，各跨之 间存在连 拱效应 ，常规 的单 拱计 算方法 无法满 足设计要 求 。
因 此 ，在设 计 计 算 分 析 过 程 中 ，建 立 基 础 刚度 的全 桥 模 型 ，对 多 跨 连 拱 桥 进 行 空 间 分 析 。 总体 静力 计
的 凸形 竖 曲线 ，横 坡 ２ ％。 ５）设 计 时 速 ： ５ ０ ｋ ｍ／ ｈ 。
１ ． ２ 工 程 地 质 概 况
但 随 着 以钻孑 Ｌ 灌 注桩 为 基础 的轻 型桥 墩 的推广 普 及 ，下部结构 日渐轻盈 ，连拱 的作用相 当显 著 ，使
得 连拱 计 算 尤 为 重 要 。
２ ． １ ． ２ 桩 基 单 元 及 结 点 划 分
２ ． １ 桩 土 共 同作 用 模 拟
根据本桥的地质情况和计算精度要求 ，将桩分
成 ５段 （ 见 图 ４） ，然 后 计 算 出每 段 桩 的 地 基 水 平
按连拱计算时 ， 拱、 墩 内力按 实际刚度 比分 配 ， 上部结构 刚度主要为拱肋 自身 刚度 ，下部结构组合 刚度则主要 由群桩基础 刚度 、承 台刚度 、墩身 刚度 并联得 出 ，而群桩基础 刚度则与桩位处 的地质状 况 相 关 联 。 因此 ，准 确 模 拟 桩 基 础 与 土体 之 间 的相 互 作用 以满 足工程设计 的要求是该桥设计 的关键 点之