基于梁格法變截面懸鏈線無鉸拱橋研究和應(yīng)用

《基于梁格法變截面懸鏈線無鉸拱橋研究和應(yīng)用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、基于梁格法變截面懸鏈線無鉸拱橋研究和應(yīng)用　　摘要：本文首先介紹了上承空腹式變截面懸鏈線無鉸拱橋的受力特點及其一般計算內(nèi)容。其次結(jié)合廣西陽朔一座上承空腹式變截面懸鏈線拱橋為實例工程，分別建立其單梁空間模型和梁格空間模型。最后結(jié)合其各自相應(yīng)的空間計算理論，對以上計算結(jié)果進行對比分析，研究梁格法在上承空腹式變截面懸鏈線拱橋中應(yīng)用的可行性與合理性，為設(shè)計者提供參考。關(guān)鍵詞：梁格法；上承空腹式變截面懸鏈線無鉸拱橋；空間模型中圖分類號：K928.78文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1.引言6橋梁的結(jié)構(gòu)形式主要有梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋等幾種。相比其他橋型，拱橋以其獨特的魅力在景觀橋梁

2、設(shè)計中被經(jīng)常采用。自中國趙州橋起，世界上出現(xiàn)了小拱疊于大拱上的空腹拱橋，改進實腹的“實”，增加拱橋的“虛”。空腹石拱橋采用多孔疊置的小拱一度被認(rèn)為是極美的橋式，主拱的大旋律加上小拱的和聲，一起一伏的節(jié)律。除了主拱主旋律之外，還增加了空腹拱橋上結(jié)構(gòu)不同的旋律。在多孔中能夠和諧的聯(lián)結(jié)主孔和邊孔，使得主旋律主孔和輔旋律拱上小孔、邊孔和和聲拱上梁柱，在高度上層次分明，使全橋協(xié)調(diào)連續(xù)，橋梁整體剛?cè)?、動靜、陰陽、虛實和諧，從任何一個角度都能得到美的享受[1,2]。目前拱橋設(shè)計基本都采用單梁法模擬，而且不考慮腹拱、立柱和橫梁等上部構(gòu)件的相互作用。梁格法則給拱橋分析提供了更加有效的

3、方法。梁格法的特點是用等效的梁格來代替橋梁上部結(jié)構(gòu)，縱向梁格代表上部結(jié)構(gòu)的縱向結(jié)構(gòu)，縱向剛度集中在縱向梁格中，橫向梁格代表上部結(jié)構(gòu)的橫向結(jié)構(gòu)，橫向剛度集中在橫向梁格中，縱橫梁格的截面特征根據(jù)其所代表的結(jié)構(gòu)和實際受力變形情況進行計算。當(dāng)結(jié)構(gòu)原形和等效梁格承受相同的荷載時，它們的撓曲變形相等，因此梁格的受力狀態(tài)接近于實際結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)[3,4,5]。對于上承空腹式拱橋結(jié)構(gòu)，采用梁格法可得出滿意的結(jié)果。下面通過實際項目計算來說明梁格法在上承空腹式變截面懸鏈線無鉸拱橋中分析中的應(yīng)用。2.拱橋構(gòu)造與建模特點6本項目采用現(xiàn)澆變截面懸鏈線鋼筋混凝土箱形拱橋，屬于上承空腹式拱橋。主

4、橋跨徑為70m，矢跨比為1/8，拱軸系數(shù)m＝3.5。箱形拱拱腳截面高度為150cm，拱頂截面高度為100cm。箱形拱橫截面為單箱6室設(shè)計，頂板和底板厚均為22cm，中腹板和邊腹板板厚均為30cm，箱室橫向凈寬為3.7m（中室）和3.55m（邊室）。主拱圈兩端拱腳伸入橋臺拱座中，與橋臺固結(jié)，為無鉸拱設(shè)計。主拱圈內(nèi)設(shè)置橫隔板，隔板厚為30cm（非立柱和腹拱支承處）和60cm（立柱和腹拱支承處），共計13道橫隔板。主拱上部設(shè)置鋼筋混凝土立柱、蓋梁和腹板拱，其中立柱橫向間距為5.6m（邊跨）和6m（中跨），蓋梁與橋面同寬，高為60cm；腹拱則為鋼筋混凝土板拱，跨徑為5.7m

5、，矢跨比為1/2，板厚為0.3cm，橫向與橋面同寬?；诩袅Γ嵝粤焊窭碚?，主拱縱向梁格基于腹板劃分如下圖：主拱梁格劃分主拱上立柱與蓋梁則按梁單元進行模擬，腹拱根據(jù)板式梁格理論對其進行劃分，劃分時應(yīng)注意與橫梁連接節(jié)點對應(yīng)連接。全橋梁格模型6midas2011建立模型[6]時，有幾個方面需要注意：第一是主拱縱向梁格構(gòu)件特性。由于midas2011梁格法建模助手不支持變截面箱梁的劃分，必須先導(dǎo)出拱腳和拱頂處截面特性，然后再按變截面組對其進行導(dǎo)入；主拱橫向梁格則稍復(fù)雜點，需先計算出拱腳與拱頂處虛擬橫梁特性，然后再借助excel表格手動對中間截面特性進行插值計算，最后逐個定

6、義輸入構(gòu)件。第二是各虛擬橫梁應(yīng)在“數(shù)值”截面對話框里定義成無尺寸單元，單元特性經(jīng)過手動計算后輸入特性值里。第三是由建模助手里生成單元的剪切面積數(shù)值需要根據(jù)不同梁格理論進行手動修改。3.計算分析除了恒載和汽車荷載以外，使拱橋產(chǎn)生內(nèi)力的其他因素有如下幾種[7]：1.溫度彎化產(chǎn)生的附加內(nèi)力；2.混凝土收縮徐變引起的內(nèi)力；3.拱腳變位引起的內(nèi)力；4.水的浮力引起的內(nèi)力；5.橫橋向水平風(fēng)力引起的拱腳截面橫向彎矩；為限制篇幅，本例子僅對恒載和移動荷載作用效應(yīng)進行分析。計算結(jié)果數(shù)據(jù)必須十分仔細整理，將有價值的詳細數(shù)據(jù)分析其受力特征及指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計。在梁格空間分析中，各梁格彎矩、剪力

7、代數(shù)和即為縱梁的總彎矩、總剪力，而扭矩和不等于總扭矩，這是因為在梁格分析中，梁格扭矩僅代表頂?shù)装鍍?nèi)剪力流組成的扭矩，總扭矩為梁格扭矩與兩側(cè)相反剪力對梁軸線扭矩代數(shù)和構(gòu)成。在構(gòu)件設(shè)計中，彎矩、剪力取分梁格內(nèi)力進行抗彎、抗剪設(shè)計，而扭矩取全截面扭矩進行抗扭設(shè)計。上承空腹式懸鏈線無鉸拱橋在最不利荷載組合時，通常會出現(xiàn)兩個主要控制截面的內(nèi)力（拱頂正彎矩和拱腳負彎矩）過大的情況，因此拱頂處與拱腳處通常為無鉸拱橋的控制截面。另外，對于大跨徑拱橋，1/8拱跨、1/4拱跨和3/8拱跨處截面同樣可能成為控制截面，設(shè)計時應(yīng)注意。6借助midas2011，根據(jù)上述建模要點對上承空腹式