拱肋

為了解桁式鋼管混凝土拱肋弦管設(shè)計(jì)剛度對拱橋受力性能計(jì)算結(jié)果的影響，以一座鋼管混凝土多肢桁式拱橋?yàn)閷?shí)例，建立了有限元模型，進(jìn)行了弦管截面設(shè)計(jì)剛度取值的參數(shù)分析，在對已建鋼管混凝土桁式拱橋的截面構(gòu)成進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，提出了桁式拱橋截面設(shè)計(jì)剛度取值建議，即根據(jù)不同的計(jì)算要求，混凝土截面剛度折減系數(shù)取1.0或0.4。分析結(jié)果顯示，按照該建議，截面的內(nèi)力計(jì)算值為實(shí)測值的1.2~1.5倍，變形計(jì)算值為實(shí)測值的1.5~1.9倍?？梢?，此取值建議可以保證桁式鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)具有一定的安全儲備。

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在中國橋梁工程中得到了廣泛應(yīng)用，作為一種組合結(jié)構(gòu)，鋼管混凝土設(shè)計(jì)剛度的取值會對應(yīng)力、變形、穩(wěn)定性以及動力特性的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響；同時鋼管混凝土拱橋大多為超靜定結(jié)構(gòu)，剛度的變化對內(nèi)力的計(jì)算結(jié)果也會產(chǎn)生影響，因此，鋼管混凝土拱肋截面設(shè)計(jì)剛度該如何確定是橋梁設(shè)計(jì)過程中一個比較重要而又急待解決的問題。

鋼管混凝土拱橋拱肋截面形式主要有單圓管、啞鈴形以及桁式截面等。針對國內(nèi)外鋼管混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程中對于截面剛度計(jì)算中的差異進(jìn)行了比較；則對剛度取值變化對鋼管混凝土單圓管拱橋靜、動力性能計(jì)算結(jié)果的影響進(jìn)行了分析；進(jìn)一步分析了其對啞鈴形鋼管混凝土拱橋的影響，并給出了設(shè)計(jì)剛度取值建議。研究發(fā)現(xiàn)，由于單圓管與啞鈴形(統(tǒng)稱實(shí)體肋拱)同為實(shí)體截面，因此，剛度取值的影響十分相似，但尚缺乏對桁式拱橋剛度取值的分析。

鋼管混凝土拱橋拱肋節(jié)段吊裝施工過程是一個復(fù)雜的過程，為了保證最終的成橋線型和受力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求，對其采取施工階段的監(jiān)控是十分必要的。本文以在建的江西省吉安市白鷺鋼管混凝土拱橋?yàn)槭┕け尘?，制定施工監(jiān)控方案。在穩(wěn)定性滿足要求的前提下，對變形、應(yīng)力(變)進(jìn)行雙控，且以變形控制為主，嚴(yán)格控制各個控制截面的撓度和拱軸線的偏移，同時兼顧考慮應(yīng)力(變)的發(fā)展情況。

鋼管混凝土拱橋斜拉扣掛施工方法存在索力調(diào)整次數(shù)過多、施工工期較長等一些不足。拱肋吊裝施工中扣索一次性張拉的施工方法能夠克服這些不足，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。而該施工方法的關(guān)鍵所在是準(zhǔn)確計(jì)算拱肋吊裝階段各拱段控制點(diǎn)的預(yù)抬高值和扣索索力值。首先建立了吊裝節(jié)段拱肋控制點(diǎn)預(yù)抬高值和扣索索力值計(jì)算的三維有限元優(yōu)化算法，該法采用有限元方法進(jìn)行仿真計(jì)算，將優(yōu)化理論引入鋼管混凝土拱橋吊裝施工中，采用一階分析方法進(jìn)行反復(fù)迭代計(jì)算，最終得到各吊裝節(jié)段拱肋控制點(diǎn)預(yù)抬高值和扣索索力值。 2100433B

拱肋的設(shè)計(jì)除應(yīng)能滿足在吊裝階段的強(qiáng)度和穩(wěn)定的要求外，還應(yīng)滿足截面在組合過程中各階段荷載作用下強(qiáng)度的要求。

以建設(shè)中的九堡大橋主橋?yàn)楸尘埃芯客鈨A式拱橋的拱肋處于不同傾斜角度時對結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生的影響。采用ANSYS建立該橋三維有限元模型，計(jì)算在僅有恒載作用時主拱肋外傾角分別為0°、5°、12°、20°四種工況下該橋各部分的受力，并分析在成橋狀態(tài)下該橋的第1類穩(wěn)定問題。分析結(jié)果表明：主拱肋外傾角變化對主、副拱肋，主梁以及主、副拱肋間連桿的內(nèi)力影響較大；當(dāng)主拱肋外傾角在5°和12°時結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)明顯高于其他情況；主拱肋外傾角由0°增加到20°時，結(jié)構(gòu)第一階失穩(wěn)模態(tài)均為拱肋體系的整體彎扭失穩(wěn)。

在橋梁結(jié)構(gòu)中拱橋是結(jié)構(gòu)形式變化最豐富的一種橋型，梁與拱的位置關(guān)系有下承式、中承式和上承式3種，而主梁和拱肋的結(jié)構(gòu)形式又有多種。拱肋平面垂直于橋平面設(shè)置是最早應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式，拱肋間可設(shè)置橫撐以提高其面外整體穩(wěn)定性。隨著計(jì)算方法和施工技術(shù)水平的提高，出現(xiàn)了拱肋向內(nèi)傾斜的提籃拱，這種形式的拱橋拱肋間相互提供支撐作用，以提高拱肋的面外整體穩(wěn)定性。為了改變拱肋的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，出現(xiàn)了拱肋向外傾斜的外傾式拱橋(蝶型拱橋)。外傾式拱橋最早出現(xiàn)的景觀橋、人行橋等受力不大的結(jié)構(gòu)中，而該橋型開始在大跨度橋梁中應(yīng)用。

在已建的外傾式拱橋中主梁的寬度和跨度往往由車流量及通航條件決定，而主拱的傾斜角度沒有具體的判別準(zhǔn)則。以建設(shè)中的九堡大橋主橋(外傾式異形空間拱橋)為背景，研究外傾式拱橋的拱肋處于不同傾斜角度時對結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生的影響，以為該橋型的設(shè)計(jì)和施工提供參考。