中承式钢管混凝土刚架系杆拱的受力性能研究（二）.docx

中承式钢管混凝土刚架系杆拱的受力性能研究（二）析架拱肋的整体稳定验算从三个方面进展:一是全桥整体的第一类稳定的空间有限元分析，求得一类稳定的失稳模态与稳定系数;二是采纳等效格构柱的简化计算方法对主拱面内的稳定性进展验算;三是采纳组拼拱的简化计算方法进展主拱肋的面外稳定性验算　　(1)一类稳定的空间有限元分析采纳ANSYS程序进展该桥一类稳定的空间有限元分析，加载工况同表1计算结果说明，在各种荷载工况下构造一阶失稳模态均为面外失稳，反映该桥的面内刚度大于面外刚度各种工况下拱肋的一类稳定系数均大于6.0，说明构造发生一类失稳的可能性较小3使用阶段的动力特性分析使用阶段的动力特性分析使用兰索斯法(Lanczos法)求解模态特征值和特征向量兰索斯法采纳稀疏矩阵方程求解，用一组向量来实现兰索斯递归由于采纳的是空间有限元模型，因此可以供应全部的振型模式(面外、面内、扭转及藕合)为了比拟桥面系对钢管混凝土拱桥动力特性的影响，计算中分别采纳桥面简支和桥面连续两种不同的构造形式工况进展分析，两者振动频率的比拟和桥面连续时的振型特点见表2，局部振型见图3(其中振型特点分析以桥面分析为主，仅列出前10阶振型的特点。

)　　比拟表4两种工况频率的计算结果，可以看出，当采纳桥面简支时，前16阶振型都是横梁的振动，构造的整体性能较差;与此相比，采纳桥面连续则大大提高了构造的自振频率　　基频的增大意味着构造刚度的增大，反映构造的整体性能较好　　还可以知道，该钢管混凝土拱桥振型序列是第一振型为反对称的，其次、第三振型是对称的，第四振型是反对称的(不计扭转振型)这与一般单跨拱桥的振型序列是全都的，相应于第一振型的根本周期为0.528秒，虽然与单孔拱刚性构造0.3一0.4秒根本周期的实测统计数据略有差距[5]，但还是根本反映该拱桥具有较大的刚性特点　　与其它钢管混凝土拱桥振型序列不同的是该桥在第2,4振型消失扭振，这是由于该桥只设置了三道横撑，而没有如一般钢管混凝土拱桥那样布置K撑，横撑和K撑的布置对构造的动力特性有肯定的影响，会转变振型序列和频率，因而使该桥的扭振序列提前消失　　四、若干问题的争论　　1.刚架系杆拱的水平力处理　　刚架系杆拱构造的优点在于系杆拉力的存在，抵消拱的大局部水平推力，降低了拱桥上部构造对下部构造和根底的刚度要求但另一方面，刚架系杆拱由于拱肋、承台和桩根底连成一体，上部构造到下部构造的传力途径不明确，如何处理传到承台和钻孔灌注桩的水平推力比拟困难。

下面结合该桥争论恒载作用和组合作用时的水平力状况该桥每侧的系杆是采纳4根预应力钢绞线作为拉杆来平衡拱的推力，每根预应力索的设计拉力为2200kN，一侧系杆的总设计拉力为8800kN.考虑到系杆拉力对刚架系杆拱构造分析的重要性，本文分别采纳ANSYS程序和同济大学“桥梁博士”专用桥梁设计程序对该桥的系杆拉力进展计算并相互验证，以保证计算的精确性表3为一侧墩台系杆的水平力比拟值从表3可以看出，用ANSYS程序和“桥梁博士”专用设计程序计算的结果根本符合(其中a值采纳方案一和方案二中的较大值)　　可知，该桥在恒载作用时，每侧的水平力为8289kN;而在的组合作用下，拱桥每侧的水平推力将到达12200kN这意味着:恒载作用时，每侧的根底受到一个向内511 kN的水平推力;而在组合作用时，每侧根底受到一个向外的3400kN的水平推力　　即使考虑拱肋与墩台的共同作用，经计算分析，墩台也将承受3260kN的水平力上述水平力的存在对桩根底是很不利的，即在使用阶段，向内、向外两个大小不一的水平推力，使桩根底内产生很大的弯矩，这是钢管混凝土刚架系杆拱设计时必需留意的重要问题对于系杆所加预应力的大小，建立可以采纳以下两种方法进展处理:　　(1)削减系杆的预拉力，即把系杆的拉力掌握在8290kN，使系杆的作用保持在只承受拱桥的恒载水平力，然后在两侧承台顺桥向增加一个混凝土块体，形成组合桥台。

通过混凝上块体与地基间的摩擦力承受上部构造组合作用时产生的向外水平力3910kN，这样桩根底在任何工况下仅仅受到垂直力的作用，可以满意实际设计的根本假定　　(2)适当增加系杆的预拉力，把系杆的拉力掌握在10245kN，这样承台前后均承受约1950kN的多余水平力然后在桥梁两侧承台顺桥向的前、后局部各增加一个混凝土的块体，通过混凝土块体与地基间的摩擦力承受上部构造产生的向内(或向外飞的水平力，以满意实际设计的根本假定　　上述的处理方法均可使该桥有一个明确的水平力和垂直力的受力途径　　2.纵铺桥面系的连接问题　　下面争论桥面板在横梁处采纳简支连接和连续连接方法对构造的影响　　从该桥计算的动力特性来看，假如桥面系采纳简支板的构造形式，则构造的前16阶振型与频率都是桥面系的局部，其基频为1.26E一05Hz，并且都是横梁的振动，构造的整体性能较差假如桥面系采纳连续板的构造形式，则能提高构造的整体性以及抗震防止落梁的力量构造的基频为1. 8939Hz，振型序列与一般单跨拱桥的振型序列是全都的相应于第一振型的根本周期为0.528秒，虽然与单孔拱刚性构造0.3一0.4秒根本周期的实测统计数据略有差距，但还是根本反映该拱桥具有较大的刚性和较好的整体性能。

　　因此从加强桥面的整体性方面考虑，建议此类桥梁采纳连续桥面板体系较好设计与施工时，除了在桥面板的负弯矩区配置足够的钢筋，还要在桥面板与横梁的连接上实行相应的构造措施，保证构造的连续性(是构造的连续，而不仅仅是桥面连续)，其结果可以有效地提高该桥的整体稳定性和构造的动力性能　　五、结语　　1.本文采纳ANSYS大型构造分析通用程序，并采纳同济大学的“桥梁博士”专用桥梁设计汁算程序进展校核，两者结果根本符合，说明本文得出的计算数据和结论是可信的　　2.施工阶段的稳定分析说明，钢管拱肋在混凝土浇筑过程中，各工况的稳定系数都在25以上，而且钢管内混凝土的浇筑挨次对该桥的施工稳定影响不大　　3.使用阶段的静力分析和稳定验算说明，在各工况下，主拱肋均能满意有关标准的强度和整体稳定性要求　　4.使用阶段的动力特性分析说明，该桥的振型序列与一般单跨拱桥的振型序列是全都的，并且相应于第一振型的根本周期为0.528秒，反映该拱桥具有较大的刚性　　5.计算也说明，钢管混凝土刚架系杆拱的几何非线性影响较小，可以不考虑;施工和使用阶段的挠度也比拟小，可以考虑不设置预拱度　　6.对该桥系杆水平力的争论说明，由于此类拱桥的构造特点，承台总会存在肯定的水平推力，使桩根底产生较大的弯矩。

建议该桥采纳组合桥台，使刚架系杆拱有一个明确的水平力和垂直力的受力途径　　7.对桥面系连续问题的争论说明，从加强桥面的整体性考虑，宜采纳连续的桥面板体系，以有效地提高该类拱桥的整体稳定性和构造的动力性能。