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论大跨拱桥拱轴系数m的确定

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  摘    要:计算实例为位于湖北宜巴公路上的干沟子大桥,干沟子大桥采用1m~100m上承式空腹拱桥梁,跨越峡谷,主拱采用1.9m高钢筋砼预制箱拱,本桥的计算关键为选取合理拱轴线,合理拱轴线可以有效减小偏心距以及拱肋弯矩,减少拱圈弯矩对大跨度拱桥至关重要,本文论述采用电算程序进行快速确定拱轴系数m。
  关键词:箱拱;拱轴系数m;上承式拱桥;悬链线拱
  1  工程概况
  干沟子大桥采用1m~100m上承式空腹拱桥梁。上部桥面板采用7.5m跨与13m跨的预制空心板梁,盖梁柱式墩等拱上结构。主拱采用1.9m高钢筋砼预制箱拱,采用五段拼装施工方案,横桥向共6片箱拱。拱脚为大体混凝土基础,嵌入中风化岩层(P2、P3墩)。桥面宽度B=12m,拱圈净跨L=100m,净矢高f=16.6667m,矢跨比f/L=1/6,箱高h=1.9mm,箱总宽b=9.76m,拱脚与拱座刚性连接,形成无铰拱。
  2  模型建立
  采用midas civil2019进行有限元空间杆系结构建模,杆系按实际荷载传递模型整桥建立。拱座与主拱圈采用刚性连接,拱圈之间为横隔板铰接;主拱圈横隔板与横墙刚性连接,横墙与立柱刚性连接,立柱与系梁、盖梁刚性连接。
  3  试算拱轴系数m
  本桥拱轴线为悬链线,拱圈内力取决于拱轴系数m,m按从小到大顺序依次试算。悬链线按以下公式将拱轴坐标换算成电子表格坐标,分别求出各m值对应的拱轴坐标,并导入CAD后导入civil快速替换拱圈单元,其中因拱轴线变化导致的上部結构荷载变化可忽略不计。
  同样,对m=2.514,m=3.5均做了试算,结果为m越大,弯矩偏离拱轴线越大,故本桥的合理拱轴线为m=1.347。
  4  结论
  (1)试算目标为拱轴线与压力线的五点重合,通过电算,可以直观查看五点以外的内力情况,要做到拱轴线和压力线完全吻合是不太可能的,但是可考虑使拱脚至拱跨1/4点附近的一段,压力线的多数点在拱轴线上面,在拱跨1/4点附近至拱顶的区段内,压力线的多数点在拱轴线下面,最理想的极限即拱顶正弯矩接近拱脚负弯矩。
  (2)本案例试算m值结果得知,随着m值增加,拱脚弯矩由大变小,拱顶弯矩由小变大,m大于1.988时,弯矩偏离L/4拱轴位置。在m=1.347时,拱顶弯矩与拱脚弯矩比较接近,并且频遇组合时拱顶弯矩略小,有利于收缩徐变与活载荷载的安全储备。
  参考文献:
  [1] 桥梁设计与计算[M].北京:人民交通出版社,2011.
  [2] 桥梁设计工程师书册[M].北京:人民交通出版社,2007.
  [3] midas civi在桥梁结构分析中的应用[M].北京:人民交通出版社,2012.
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