阐论钢管混凝土梁拱组合桥梁.PDF

阐论钢管混凝土梁拱组合桥梁 于善海 山东东泰工程咨询有限公司 山东省 256410 摘要：简要介绍了钢管混凝土梁拱组合桥梁的发展概况，通过对百崎湖大桥的 平面和空间有限元模型的对比分析，明确梁拱组合桥的受力基本特征，阐述该桥 型的分析方法和设计概要，为同类桥梁的设计提供参考。 关键字：梁拱组合桥；钢管拱；分析；设计。 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 1 概述 拱桥按照结构体系分为简单体系拱桥和拱梁组合体系桥，钢管混凝土 60 200m 梁拱组合桥是在传统拱桥基础上形成的新的结构形式，在 ～ 跨径范围内，该桥型具有造价低、施工方便、造型美观等优点，因此 颇具竞争力。特别是对于平原地区受通航和两头接线问题的影响，桥 面建筑高度小，软弱地基的情况下，更具优越性。 2 工程背景 以泉州百琦湖大桥为工程背景，本桥主桥为主孔80m的下承式钢 管混凝土系杆拱，左、右两边孔为51m的变截面钢筋混凝土半拱。主 孔的推力依靠高强钢丝组成的强大的系杆施加给边孔拱肋的水平力 来平衡。主孔80m的大拱圈由两条特别适合于受压的轻质高强的钢管 混凝土等截面拱形空间桁架组成，拱矢度1/4.5。边孔51m半拱的拱 圈则是两条实心的变截面钢筋混凝土矩形拱肋，拱矢度1/6.6。主桥 计算跨径80m，计算矢跨比1/4.5，。 3 有限元分析 3.1 模型介绍 3.1.1 平面模型包括拱肋、吊杆、系梁。使用桥梁博士程序模拟：系 梁采用预应力混凝土梁单元，共计66 个；拱肋采用钢管混凝土组合 构件，共计64 个；吊杆采用索单元。桥面荷载简化对平面分析的结 果影响较大。一般情况下桥面板可以看作中横梁支撑的单向板，恒载 应计入中横梁自重，一并加载在系梁相应吊杆位置，靠近系梁位置的 桥面板可以考虑按45°分配线直接作用到系梁上。①应作用在系梁， ②应作用在中横梁。桥面板荷载分配示意图一期恒载吊杆位置集中力 909.48kN（包含中横梁和部分桥面板自重），拱脚位置集中力1842kN （端横梁自重），系梁局部荷载13kN/m（分配到系梁的桥面板恒载）。 二期铺装、人行道板及栏杆与桥面板作用类似，分成两部分，靠近系 梁位置部分按均布荷载作用在系梁上，大小为15.53kN/m，其余部分 按集中力通过横梁作用在系梁吊杆位置，大小为378.86kN。 3.1.2 空间模型包括拱肋、系梁、吊杆、端（中）横梁、桥面板、风 撑。使用Midas Civil程序模拟：拱肋、系梁、横梁模拟为空间梁单 元；吊杆、风撑模拟为桁架单元；桥面板模拟为板单元。模型只需作 用二期荷载，铺装、人行道板及栏杆按压力荷载作用在桥面板单元中。 3.2 分析对比 以成桥索力优化为着手点，对平面计算模型和空间计算模型分别进行 分析比较，进行相互印证，同时找到他们产生计算差别的原因。对中 横梁、端横梁、桥面板的计算提出建议，并提出吊杆施工索力控制的 方法。 3.2.1 索力优化 平面计算模型中，成桥索力优化采用有条件弯矩势能最小的方法，优 化条件包含一期荷载、二期荷载，该程序本身优化时不提取施工阶段 荷载。 空间计算模型中，参考平面模型成桥索力作用下系梁内力值为优化内 力条件，使用未知荷载系数（影响矩阵法）优化成桥索力。两种模型 优化结果的最大误差6.6%，因为他们的优化的约束条件不完全相同， 使用桥梁博士优化条件是整个结构的弯矩势能最小原理；MidasCivil 则是通过试算弹性支撑连续梁的吊杆节点弯矩后，依此为优化条件进 行优化。并且所谓优化问题，是从无数组解中找到相对最优的问题， 着重点不同，结果自然不同。设计者只关心系梁的受力均匀性，跟同 时关心系梁、拱肋荷载效应肯定是不会得到相同的优化结果。 3.2.2 施工索力控制 该桥采用先梁后拱，一次落架的施工工艺，索力张拉可以通过无应力 状态控制法。在拱肋上直接挂设吊杆，并根据该施工阶段内力需要进 T 行索力初张拉，记录张拉 和张拉后拉索的几何长度，即可求得现阶 l1 段该吊杆的无应力长度 ，除非以后的施工阶段又张拉或者放松该吊 l1 杆，该吊杆的无应