刚架拱桥横梁加固研究

０ ｍ实心截面 。计算 结果 见表 １ 表 ５表 中仅示 出同一截 面处 ｃ 一 ， 刚架拱桥为多次超静定结构 ， 一般采取分 段预制后 装配 的方 ８ 法， 结构 整体性差 ， 向刚度低 ， 面尺寸相 对较 小 ， 横 截 动力性 能显 各拱片 中弯矩绝对值 最大值及其对应 的轴力 。
２ 拱脚 内力影响。 ） ５ 拱腿上部 内力影 响。 ）
增 大跨 中附近横系梁截面内力增大 ， 但增加 实腹段靠 近大节
增大跨 中附近横 系梁截 面 ， 在汽车荷 载作 用下 拱脚最 大弯矩 点处横系梁截面则在汽车及组合荷载作用 下 内力 略有减小 ， 大 增
由正弯矩变为负 弯矩 ， 对应 轴力 由压力 变为拉 力 ， 其 他荷 载产 大节点处横 系梁截 面则 弯矩 增大 ， 但 轴力 减小 ， 大弦杆 处横 梁截 加
工况 ４ 在工况 ３基础上增大各跨 对称 ４号横梁截面 ； ： 工况 ５ 在工况 ４基础上增大各跨对称 ５ ６号横梁截 面； ： ， 工况 ６ 在 工况 ５基础上增大各跨对称 ７号横梁截面。 ： １ 跨 中内力影 响。 ） 增大跨中处横 梁截面 ， 中 内力 显著减 小 ， 跨 但较 多 的增大 实
刚 架 拱 桥 横 梁 加 固 研 究
罗 向 荣
（ 北京特希达交通勘察设计院有限公司， 北京 １０ ６ ） ００７
摘 要 ： 立刚架拱桥性能的影响 ， 建 分析 寻找最有 效的加 固位置 ， 得 出了不同位置横梁增大截面对结构各关键部位 的内力改变 ， 明增加横梁截 面在改善某个 截面受 力的同时可能加 大其他截 面的 表
Ｕ ａ ｇｘａ Ｇｕ ｎ － ｉ ｏ Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｏｖ ｎ ｒ ｂ ｅ ｆ ｒｎ ｏ ｅ ｓ ａ ｄ ｆ ｚ ｉ ｅ ｓ ｉ ｈ ｕ ｎ ｌｃ ｎ ｔ ｃｉｎ，ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ｐ ｉ ｔ ｏ ｔｔ ｅ ｆ ｚ ｙ ｅ ａｕ ｔ ｎ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｒ ｅ ｓ ｌｅ ｍａ ｙ ｐ ｏ ｌｍｓ ｏ ａ ｄ ｍｎ ｓ ｎ ｕ ｚ ｓ ｎ ｔ ｅ ｔ ｎ ｅ ｏ ｓｒ ｔ ｏ ｎ ｕ ｏ ｈ ａ ｅ ｏ ｎｓ ｕ ｕ ｚ ｖ ｌ ａ ｉ ｈ ｏ ｍｅｈ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅｃ ｎ ｉｅ ｃ ａ ｔ ｒ ，ｅ ｔ ｂ ｉ ｅ ｅ ｆ ｚ ｙｅ ａｕ ｔ ｎ ｍｏ ｅｓｆ ｒｔ ｅｂ ｉ ｉ ｇ ｔｎ ｅｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｃ ｎ ｉｅ ｃ ｃｏ ｓ ａ ｈ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｎ ｅ ｆｃ ｏ ｓ ｓａ ｌ ｈ ｓｔ ｚ ｖ ｌ ａｉ ｄ ｌ ｏ ｕ ｌ ｎ ｈ ｄ ｓ ｈ ｕ ｏ ｈ ｄ ｕ ｌ ａ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｎ ｅ ｆ ｔ ｒ ，ｈ ｓｔ ｅ ｈ ｄ ａ ｑ ａ ｔ ａｉｅ ｉ ｅ ｔ ｉ ａｉｎ ｏ ｅ ｒ ａ ｏ ｓ ｂ ｈ ａ ａ ｄ ｎ ａ ｓ ｉｎ ｉ ｃ ｗａ ，ｔ ｅ ｈ ｚ ｒ ｏ ｔ ｌｐ ｏ ｅ ｓ ｃ ｎ ｂ ｅ ｌｚ ｄ ｂ ｄ ｎ ｉ ｉｇ ｔ ｅ ｃ ｎ － ｕ ｎ ｉ ｔ ｄ ｎ ｉ ｃ ｔ ｔ ｅ ｓ ｎ ｙ ｔ ｅ ｈ ｚ ｒ ｓ ｉ ｃｅ ｔ ｉ ｙ ｈ ａ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｒ ｃ ｓ ａ ｅ ｒ ａｉｅ ｙ ｉｅ ｔ ｙｎ ｈ ｏ ｆ ｔ ｖ ｆ ｏ ｆ ｈ ｆ ｏ ｆ ｉ
著 。随着我国交通量增大 ， 在长期运 营荷 载作 用下经 常出现刚架 拱片与横系梁 的联 结松动 ， 由此 可能 导致横 系梁脱落 ， 构件 的 各 薄弱断面 出现裂缝 ， 整体 刚度下 降。横 系梁损 坏后不 利于荷载 的
横 向分布 ， 因此本 文 以广 东某 刚架拱桥 为依 托工程 ， 研究 增大 不 同位置横 系梁截面对结构动 、 静力性能 的影响 。
ｄｎｅｆ ｔ ｓ ｓ ｂｉ ｉ ｅｆｚｙｅｍｐｅｅｓ ｅｅａｕｔ ｎｒｌ ｉｔ， ｎ ｕｐｅ ｅ ｔ ｇｔ ｕｊｃｖ ｌｂｌｙ ａｄｐ ｖｓｂ ｅ ｘｎ ｅｃ ｃｏ ，ｅ ａｌｈｎ ｔ ｚ ｏ ｒｈｆｉ ｖｌａ ｏ ｉ ｌｙ ａｄｓｐ ｌ ｎｉ ｅｓｂｅｔ ｅｒ ｉ ｉｔ， ｎ ｒ ｅ ｙｔ ａｌ ａ ｒ ｔ ｓ ｇｈ ｕ ｉｖ ｉ ｅａ ｉ ｂ ｍ ｎ ｈ ｉ ｅａ ｉ ｏ ｈｅ —
及墩帽为 Ｃ ０混凝 土。采 用 Ｍｉａ／ ｉ ｌ ３ ｄｓ Ｃｖ 桥梁 结构有 限元分 析软 ｉ 件建模分析 ， 拱片 、 横梁 均采用三维梁 单元 ， 弦杆端部 和立柱 固 上 结， 拱脚 固结 ， 桥面铺装 、 人行 道 、 护栏等作 为恒 荷载施 加 于相应
位置 ， 间有 限元模型见 图 １ 空 。
ｐ ｅ ｈ ｔ ｅ ｍｅ ｏ Ｓｅ ｅ ｔ ｅ，ｆａ ｉ ｌ ｎ ｅｉ ｌ ｌ ｓｔ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｃｉ ｈ ｔ ｈ ｖ ｅ ｓｂ ｅａ ｄ ｒ ｌ ｅ，Ｓ ａ ｈ ａ ｔ ａ ａｕ ｏ ｒ ｅ ｐ ｌ ａｉｎ ｂ ａ Ｏ ｉ ｈ ｓｔ ｅ ｆｃｕ ｌｖ ｅｆ ｒｆ ｔ ｒ ａ ｐｉ ｔ ． ｔ ｌ ｕ ｈ ｃ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｅ ｃ ａ ｔｒ ｅｇ ｔ ｕｌ ｉ ｇ ｔ ｎ ｅ ，ｆ ｚ ｙ ｅ ａｕ ｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ：ｃ ｎ ｉ ｎ ｅ ｆｃｏ ，ｗ ｉｈ ，ｂ ｉ ｎ ｎ ｌ ｕ ｚ ｖ ａ ｉ ｄ ｄ ｕ ｌ ｏ
— ７ １６ ４ ３４ ４ ６
—９ ０ ８ — ９ ９７ —９２ ５
—９ ５ ４
２８０ —５５４ ３３ ６ —５３ ８ ６ １ ９ ５ ２９０ ９ ～ ４ ３５ ６ —５３６ ５５ ２ ２ ８ ２９６ ６ — ４ ３５ ５５ ８ ０１ —５３３ ９
表 ２ 拱脚 内力计 算结果
内力
表 ５ 拱腿上部 内力计算结果
内力
工况
工况 １ 工况 ２
工况 ３
自重
肘 Ⅳ
汽车荷载
』 ｖ
组合 １
Ｉ Ｉ ｆ Ⅳ
组合 ２
Ｊ ｌ ｆ 』 ｖ
７１ ４ ７７ ５
７２ ５
—２７ ５ ５
８５ ６
—４ １ １
１９ ９ —３９ ２ ２３４ —３８ ７ ７ １ １ ２
生 的内力显著减小 ， 继续增大实腹段其他 横梁截面 对 内力改 善作 面轴力增大弯矩减小 ， 增大拱腿横梁截面 内力稍有增大 。
用不大 。增大 节点 处横 梁截 面 ， 组 合荷 载下 弯矩 减 小 轴力 增 在 大， 增大 弦杆 处横 梁截面除组合 ２作用下 轴力增大 其他 内力 均有 所减小 ， 增大拱腿横梁截面 内力变化 较小 。随着增 大截面横 梁 的 个数增多 ， 自重产生的轴力增大 ， 由 弯矩先增大后减小 。
温１ ０℃取 ， 计人混凝土收缩徐变 （ 收缩相 当于降温 １ ５℃ ， 考虑徐
变影 响作用效应乘 以 ０ ４ ．５折减 系数 ） 。根 据 ＪＪＤ ０２ ０ Ｔ ６ －０４公 路桥 涵设计 通用规 范 ， 合 １ 恒载 ＋汽车 ＋收缩 徐变 ＋整体 升 组 ： 温； 组合 ２ 恒载 ＋汽车 ＋收缩徐变 ＋整体降温。 ： 模型 中为更好的体现横 梁作用 ， 不考虑肋腋 板对全桥 横 向刚 度的贡献 ， 增大横梁截面共分 ６种工况 ， 置示 意见 图 ２ 位 。４号 大
收 稿 日期 ：０ ２０ ．４ ２ １ — １０ 作 者 简 介 ： 向 荣 （９ ８ ， ， 程 师 罗 １７ －） 男 工
第３ ８卷 第 １ Ｏ期
２０ Ｉ２年 ４月
罗向荣 ： 刚架 拱桥横梁 加固研究
・２ ｌ・ ｌ
载作用下弯矩略 有减少 ， 轴力却 随之 增大 ， 但 增大 弦杆 处和拱 腿 在汽车荷载及组合荷载作用下内力显著减小。 处横梁截面 ， 均能够改 善受力 ， 但作用较小 。
波， 吴江敏 ． 营隧道状 态的综合评 价 ［ ］ 世 界 隧道 ， 运 Ｊ．
２ ０ １ １ ：８６ ． ００，（ ）５ —０
Ｏｎ ｓ ｆ ｔ ｖ ｌ ａ ｉ ｎ ｉ ｕ ｌ ｉ ｕｎ ｌ ａ ｅ ｎ ｃ ｎ ｄ ｎ ｅ ｆ ｃｏ ｓ ａ ｅｙ ｅ ａ ｕ ｔｏ ｎ ｂ ｉ ｎｇ ｔ ｎｅｓｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ｆ ｅ ｃ ａ ｔ ｒ ｄ ｉ
一
图 １ 刚架拱桥空间模 型
工况
工况 １ 工况 ２ 工况 ３ 工况 ４ 工况 ５
工况 ６
一
图 ２ 加大截面横 系梁位置示意图
表 １ 跨中内力计算结果
内力
２ 模 型 介绍
广东某 主桥为 ４× ０ｍ一联 的刚架拱桥 ， ７ 横桥 向设 ５片拱肋 ，
肋 中距 ３ １ 矢跨 比 １９主拱腿采用 Ｃ ０ ． ｍ， ／， ４ 混凝土 ， 其他上部构造
自重
肘 Ⅳ
汽车荷载
Ⅳ
组合 １
Ｍ Ⅳ
组合 ２
Ｍ Ⅳ
６５ ９ ６７ ７ ６２ ９ ６９ ８ ６５ ８
６０ ８
—３３８ ３１ ５ —１６ ５ ５ｌ２ —６４２ ５６ ３ —６２ ３ ７ ８ ６ ｏ ４ ３ ８ —３４ ５ ｌ５ ９ ｏ ９ —３４９ １６ ０ ０ ８ —３４ ７ ｌ６ ９ ６ ６
注： 弯矩单位 ｋ ・ 轴力单位 ｋ 弯矩下缘 受拉为正 ， Ｎ ｍ， Ｎ， 轴力受拉为正
工况 １ 旧桥不计肋腋板横向刚度 ； ： 工况 ２ 增大各跨跨 中对称 １号横 梁截 面 ； ：
工况 ３ 在工况 ２基础上增大各跨 对称 ２ ３号横梁截面 ； ： ，
按公路一 Ｉ ， 级 两车道偏 载取用 ， 温度荷载按整体 升温 ｌ 或降 ５℃
受力 ， 应该予以重视。增 大弦杆横梁截面和增大拱腿横梁截面对结构基频及高阶频率均有所提高 。 关键 词 ： 刚架拱桥 ， 空间有限元 ， 动力性能 ， 加固 静 横梁
中图分类号 ：４ ５ ７ Ｕ ４ ．２ 文献标识码 ： Ａ
１ 概 述
其他 六 根横 系 梁 由原来 １ ｍ ×８ ｍ空 心 截面 变 为 ２ ｍ × ５ｃ ０ｃ ０ｃ
节点处横系梁截面尺寸 由空 心截面变为 ２ ｍ× ０ ｍ实心截面 ， 腹段横梁截面跨中内力反而会增加 ， ０ｃ ２ ０ｃ 加大大节点横梁截面 ， 各种荷
［ ］ 高鹤 江， ４ 刘伟 炜． 铁路桥 隧病害检 查观测方 法［ ． Ｍ］ 北京 ： ［ ］ 黄 中 ５
国铁 道 出版 社 。９ ７ １８ ．
—３４ ８ １６ ７ —１０ １ ２９２ ３ ７ ０ ８ — ８ ３５ ７ —５４７ ５５ ２ １ ２
３ 有 限元计 算分 析
３ １ 静 力分析 ．
本文仅为定性分析 ， 出的结论 为一种变化 趋势 。汽车荷 载 得
２９４ ５ — ４ ３４ ９ —５ ３ ２ ５５ ７ ８ ９
—２７ ５ ９ ３ ７ ０
— ８ ２７ ４ ９２ ０
—４ ８ ２０ ４ —４０ ４ ２３ ８ — ３ ６ ５ １ ８ ３９ ２
—４ ５ ４ ２０ ５ —３９ ３ ２ ３ ９ — ｌ ４ ９ ７ ３９ ２
・
第３ ８卷 第 ｌ ０期 ２ ０ ・ ２０ １２ 年 ４ 月 １
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ Ｔ Ｃ ＵＲＥ ＨＩ Ｅ Ｔ
Ｖ １３ ｏ １ ０． ８ Ｎ ． ０ Ａｐ ． ２０１ ｒ ２
文章编 号：０ ９ ６２ （０ ２ １— ２ ００ １０ －８ ５ ２ １ ）０ ０ １ —２