淺談飛燕式鋼管混凝土拱橋邊拱肋間橫梁的計算方法

1、<p>　　淺談飛燕式鋼管混凝土拱橋邊拱肋間橫梁的計算方法</p><p>　　摘要：以遼寧省錦州市某擬建橋梁為工程背景，結(jié)合傳統(tǒng)的“橫梁”計算方法，采用Midas/Civil 2012對該飛燕式鋼管混凝土系桿拱橋的邊拱肋間橫梁按照不同的約束條件進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)分析， 對比計算結(jié)果，研究該類構(gòu)件的計算方法，以供廣大橋梁設(shè)計者借鑒參考。 </p><p>　　Abstract： A

2、proposed bridge in Jinzhou City， Liaoning Province is taken as the engineering background. Combined with the traditional calculation method of "beam"， Midas/Civil 2012 is used to carry out the finite element st

3、ructure analysis of the side arch intercostal beam of flying-swallow-type concrete-filled steel tubes tied-arch bridge by the different constraint conditions. The calculation results are compared to research the calculat

4、ion method of the members to provide reference for the lar</p><p>　　關(guān)鍵詞：飛燕式鋼管混凝土拱橋；系桿拱橋；肋間橫梁；蓋梁；計算分析 </p><p>　　Key words： flying-swallow-type concrete-filled steel tubes arch bridge；tied-arch br

5、idge；intercostal beam；bent cap；computational analysis </p><p>　　中圖分類號：U441 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）01-0136-02 </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　眾所周知，鋼管混凝土作為一種新興的組合結(jié)構(gòu)材料

6、，將鋼材與混凝土各自的性能進(jìn)行互補(bǔ)，使二者的優(yōu)點結(jié)合在一起，被廣泛應(yīng)用于各類建筑結(jié)構(gòu)之中。而鋼管混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用則主要常見于以承壓為主的拱橋，與同等跨越能力的其它橋型相比，其在美學(xué)效果、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、受力特點、施工便利等方面都毫不遜色，也正因此，鋼管混凝土拱橋倍受業(yè)界青睞[1]。 </p><p>　　在中承式鋼管混凝土系桿拱橋中，其橫梁體系主要包括吊桿橫梁、立柱橫梁、肋間橫梁和端橫梁，本文所闡述的邊拱肋間橫

7、梁，是指連接在邊拱拱肋之間、通過支座傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載的橫向受力構(gòu)件，與傳統(tǒng)的橫梁計算方法類似，筆者對比了按照不同的邊界條件來模擬分析的結(jié)果，希望能得到一種該類構(gòu)件的簡化計算方法。然而，邊拱肋間橫梁的實際受力模式十分復(fù)雜，拱肋、端橫梁、其他肋間橫梁、邊拱系梁，甚至是系桿、拱座及承臺、樁基，都會對其受力產(chǎn)生影響，因此，常用的簡單的以簡支梁來模擬邊拱肋間橫梁的受力是不合適的，其實際受力模式應(yīng)該是更為接近橋梁工程中的墩臺蓋梁。 </p&g

8、t;<p><b>　　1 工程概況 </b></p><p>　　擬建橋梁主橋為40+150+40m三跨飛燕式鋼管混凝土中承式系桿拱橋，邊主跨比為0.27。詳見圖1。 </p><p>　　主跨凈跨徑141.347m，兩側(cè)邊跨為上承式鋼筋混凝土懸臂半拱；通過錨固于兩側(cè)邊拱末端的系桿使結(jié)構(gòu)形成為自錨體系拱橋。主拱拱肋采用鋼管混凝土桁架式結(jié)構(gòu)，拱軸線采用懸

9、鏈線，計算跨徑L=143.905m，計算矢高f=30.572m，矢跨比f/L=1/4.707，拱軸系數(shù)m=1.28。主孔橫橋向平行設(shè)置兩片鋼管混凝土拱肋，其橫向軸線距為24.5m。 </p><p>　　邊拱拱肋為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，拱肋為懸臂半拱，拱軸線為懸鏈線，計算跨徑L=72.357m，計算矢高f=8.112m，矢跨比f/L=1/8.92，拱軸系數(shù)m=1.3。邊孔橫橋向平行設(shè)置兩片鋼筋混凝土拱肋，其橫向軸線距為

10、24.5m。邊拱為等截面拱肋，采用矩形截面，高2.8m，寬2.2m，實心截面。采用C50混凝土現(xiàn)澆施工。兩片邊拱拱肋橫向通過端橫梁、邊拱肋間橫梁、邊拱肋間系梁連接。 </p><p>　　邊拱肋間橫梁為鋼筋混凝土構(gòu)件，采用C50混凝土支架現(xiàn)澆。截面為工字型（邊拱拱肋處為矩形斷面）。橫梁頂翼緣寬1.5m，厚0.3m，底板翼緣寬1.5m，厚0.3m，腹板厚度為0.48m；跨中梁高2.4m，橫梁頂面橫坡為雙向1.5%。

11、詳見圖2。 </p><p><b>　　2 有限元分析 </b></p><p>　　邊拱肋間橫梁與邊拱拱肋一同澆筑，協(xié)同受力，不難想象，其實際結(jié)構(gòu)更接近于墩臺蓋梁，而根據(jù)文獻(xiàn)[2]中的相關(guān)規(guī)定：墩臺蓋梁與柱應(yīng)按剛構(gòu)計算。當(dāng)蓋梁與柱的線剛度（EI/l）之比大于5時，雙柱式墩臺蓋梁可按簡支梁計算，多柱式墩臺蓋梁可按連續(xù)梁計算。以上E、I、l分別為梁或柱混凝土的彈性模量

12、、毛截面慣性矩、梁計算跨徑或柱計算長度。 </p><p>　　但在實際工程中，把拱肋簡化成“柱”是不準(zhǔn)確的，由于橫梁以及系梁的存在，其“計算長度”也很難確定。而且在此類大型工程項目中，很少能做到一個設(shè)計人員兼顧所有構(gòu)件的結(jié)構(gòu)計算，所以工程師們都希望尋求邊拱肋間橫梁的一種簡化計算方法。 </p><p>　　為比較各種簡化計算結(jié)果與真實情況的差異，筆者采用橫向計算理論[3，4]，分別按照伸

13、臂梁（簡支）、固端梁（肋間固結(jié)）和全橋空間模型來模擬。詳見圖3。 </p><p><b>　　3 計算結(jié)果比較 </b></p><p>　　經(jīng)過計算，得出邊拱肋間橫梁分別按照簡支、固結(jié)和全橋空間模型的恒載及活載內(nèi)力。表1列出了各種情況下的彎矩結(jié)果，其恒載內(nèi)力圖如圖4所示。 </p><p>　　由上述結(jié)果可知，跨中截面正彎矩按簡支計算結(jié)果最

14、大，支點截面負(fù)彎矩按固結(jié)計算結(jié)果最大（代數(shù)值），筆者也進(jìn)行了采用考慮一部分“柱”的剛構(gòu)模型來計算橫梁，其趨勢為：“柱”越長，結(jié)果越接近于肋間固結(jié)，“柱”越短，結(jié)果越接近于簡支梁，而真實受力情況應(yīng)該是恰好處于兩種情況之間，圖4所示內(nèi)容基本能夠反應(yīng)邊拱肋間橫梁受力的上、下限，可類比于“包絡(luò)圖”。 </p><p><b>　　4 結(jié)論 </b></p><p>　　通過計

15、算分析表明：①以線剛度之比來判斷邊拱肋間橫梁是否可以采用簡支梁（或連續(xù)梁）來計算的方法不易掌握，結(jié)果也不夠準(zhǔn)確，會導(dǎo)致支點截面負(fù)彎矩代數(shù)值偏小，而按照肋間固結(jié)來計算又會導(dǎo)致跨中截面正彎矩偏小，總體模型的計算結(jié)果介于兩種簡化方法之間，可以認(rèn)為邊拱拱肋對橫梁的約束起了作用。②筆者認(rèn)為可以采用橋梁博士軟件分別按照簡支和固結(jié)來簡化計算，以此兩項結(jié)果作為“包絡(luò)圖”來與主橋平行設(shè)計，但應(yīng)注意溫度的影響會導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)，待主橋模型最終完成后可取單片邊拱

16、肋間橫梁做RC驗算來驗證結(jié)果。③由于現(xiàn)有的橋梁結(jié)構(gòu)商業(yè)軟件已經(jīng)能夠做到較為精確的計算，筆者建議在工期允許的情況下邊拱肋間橫梁應(yīng)該盡量采用空間模型計算，在考慮了沉降、地震力、溫度、風(fēng)荷載等多方面因素組合后結(jié)果更為準(zhǔn)確，而不是采用單梁計算造成不必要的浪費或者出現(xiàn)安全問題。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]陳寶春.鋼管混凝土拱橋

17、[M].北京：人民交通出版社，2007. </p><p>　　[2]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004. </p><p>　　[3]姚玲森.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2008. </p><p>　　[4]JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，