系杆拱桥钢管混凝土拱局部分析

孔灌注桩 。全桥效果 如图 ｌ 所示 ， 梁单元模型如
图 ２所示 ， 立 梁单 元模 型 的 主 要 目的是 为 局 部 建 模 型提供 外部 荷载 。
图 ２ 系 杆拱 桥 ＭＩＡ Ｄ Ｓ梁 单 元 模 型 图 １ 系杆 拱 桥效 果 图
用来模拟主拱和副拱 钢管 中的混凝土 ， 板单元用 来模拟主拱 和副拱钢 管 以及 斜撑 和横 撑。建模 时关键问题 是要保 证钢 管板单 元和与钢管壁 接 触的混凝土实体单元共 用节点 ， 以此来模拟钢管 混凝土共 同工作 。考虑 到模型边界 条件施 加的 方 便 和 准 确 ， 余 部 分 均 采 用 空 间 梁 单 元 其 （ ｅｍ ８ ） Ｂ ａ １８ 进行模拟 ， ｅｍ ８ Ｂ ａ １８可 以模 拟混凝土 和钢管两种材 料。梁单元 和实体及 板单元 采用 主从 节 点 连 接 ， 中 梁 单 元 节 点 为 主 节 点 ， 体 其 实
关键词 ： 系杆拱桥 ；钢 管混凝 土拱 ；斜撑 中图分类号 ：４ ８ ２ ５ Ｕ ４ ． ２ 文献标识码 ： Ｂ
Ｏ 概 述
某大桥主桥为下承式单索面钢箱叠合梁钢管 砼 系杆拱 桥 ， 径 布置 为 １８ ＋１８ ＝ ７ ｍ， 跨 ３ ｍ ３ ｍ ２６ 桥 宽 ２ ．ｍ。主跨拱 肋是 通过横 撑 、 ９５ 斜撑 和三 根钢管 组成的组合式拱 圈， 钢管 内填充 Ｃ ０微膨胀混凝 ５ 土 ， 根钢管 均 为 二 次 抛 物线 线 形 ， 拱 直 径 １８ 三 主 ． ｍ， 位于竖直平面内， 矢跨 比为 １４４ ； ／ ．４ 两根副拱直 径 １ ４ 其拱 轴 线 平 面 与 竖 直 平 面 的夹 角 为 ． ｍ， ５２６ ， ．９。副拱平面内矢跨 比为 １ 。跨 中处中心线 ４ ／ 横桥 向水 平距离 ７５ 竖 向距 离 ６Ｏ ．ｍ， ．ｍ。横撑 及斜
和图 ４所 示 。
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
撑初 步设 计 时 采 用 空 心 圆钢 管 截 面 型 式 ， 工 设 施
计 时最终 分 别 采 用 方 型 和 工 字 型 钢 管 截 面 型 式 ， 截 面 尺 寸 分 别 为 ６０ ０ｍｍ ×６０ ｍ 和 ３０ ｍ × ０ｍ ０ｍ ６０ ｍ， ０ ｍ 壁厚 均为 ２ｍｍ。主梁 采用 整 体 箱 型叠 合 ０
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
模型 Ｉ 在拱 脚 处 约束 梁 单 元 端 部 节 点 的 全部 六个 自由度 ， 在跨 中处 放 松 梁 单 元 端 部 节 点 的竖
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
图 ４ 有 限兀 模 型 Ｉ 图
１１ 模型 Ｉ ． 边界 条件 和外 部荷载
中力 的大 小是 由 ＭＩＡ Ｄ Ｓ梁单 元模 型在最 不利荷 载 组合 ： 载 ＋汽 车 ＋温 度 ＋风 载 （ 车 ）＋制动 力 恒 有 的情 况 下 算 出 的 吊 杆 最 大 拉 力 ， 向 竖 直 向 下 。 方
（ ３中⑤、 、 、 ⑨ 节 段 ） 用 实 体 单 元 图 ⑥ ⑦ ⑧、 采 （ｏｉ ５ 和板单 元 （ ｈｌ ） 行 模 拟 ， 体单 元 Ｓｌ４ ） ｄ Ｓｅ Ｍ３ 进 实
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４ ・ ６
２ １ 年第 ３ ００ 期
王
冲， 徐
扬， 孙海涛
系杆拱桥钢管混凝土拱局部分析
总第 １２ １ 期
（ ．上海市政工程设计 研究总院 ， １ 上海 ２ ０ ９ ； ．西南 交通 大学 土木工程学 院 ， ００ ２ ２ 成都 ６ ０ ３ ） １０ １ 摘要 ： 采用 Ａ Ｓ Ｓ Ｉ０和 Ｍ Ｄ Ｓ ＣＶ ＬＶ ． ． ， Ｎ Ｙ Ｉ． Ｉ Ａ ／ Ｉ Ｉ ７ ４ Ｉ建立了一个整体模 型和三个局部模 型 ， 对一下承式单索 面钢箱 叠合梁钢管砼 系杆拱桥的钢 管混凝土拱进行了局部分析 。对 比研究 了主拱斜撑 的两种 截面型式 对其 内力 的影 响， 点关心在最不利荷载工况下主拱钢管和斜撑钢管的应力大小 。计算结 果表 明 ： 管混凝 土拱设计合 理可 重 钢 靠， 为相似结构 的设计与施工提供参考 。
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
２１ ００年第 ３ 期
广 东 公 路 交 通 Ｇ ａｇ ｏｇＧ ｎＬ ｉ Ｔｎ ｕｎ Ｄｎ ｏｇｕＪａ ｏｇ ｏ
总第 １２期 １
文章 编号 ：６ １ ７ １ （００ ０ ０４ ０ １７ — ６ ９ ２ １ ）３— ０ ６— ４
系杆 拱桥 钢 管混 凝 土拱局 部 分 析
王 冲 ，徐 扬 ，孙海涛