钢管混凝土系杆拱桥空间稳定性分析.pdf

5 O 桥 梁建设2 0 1 4年第 4 4卷第 4期 ( 总第 2 2 7 期 ) Br i dg e Co ns t r uc t i on，Vo1 4 4，No 4，2 01 4 ( Tot a l l y No 2 27) 文章编 号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 5 0 0 7 钢管混凝土系杆拱桥空间稳定性分析 黄 云 ， 张清华 ， -叶华文 ， 崔 闯 ( 西南 交通 大学 ， 四川 成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘 要 ：为真 实反 映 大跨 度钢 管 混凝 土 系杆拱 桥 的稳 定安 全储 备 ， 以一 座 跨 径 为 2 5 4 m 的 下 承 式钢 管混凝 土 系杆 拱桥 为例 进行研 究 。采 用 AN S YS建 立该桥 施 工和运 营 阶段 的三 维非 线 性仿 真分 析模 型 ， 采 用基 于 纤维单 元模 型的核 心 混凝 土本 构 关 系考 虑钢 管 径 向应 力梯 度影 响 的 套 箍 效 应， 对灌注拱肋弦管混凝土工况和成桥运营阶段 的结构稳定性进行分析。分析结果表 明： 该系杆拱 桥 施 工和运 营阶段具 有较 高的稳 定性安 全储备 ； 拱 肋 弦 管混 凝 土 灌注 不 同步 以及初 始 几 何缺 陷和 活载 对稳 定性 的影 响相 对较 小 ； 材料 非 线性 对结 构稳 定性 的影响 较 为显著 。 关键词 ：系杆拱桥 ； 钢管混凝土； 稳定性 ； 施工阶段 ； 成桥 阶段； 非线性分析 ； 有限元法 中图分 类 号 ：U4 4 8 2 2 文 献标 志码 ： A An a l y s i s o f S p a t i a l S t a b i l i t y o f a CFS T Ti e d Ar c h Br i d g e HU ANG Y u n， ZHANGQi n g h u a，Y E Hu a we n，CU IC h u a n g ( S o u t h we s t J i a o t o n g Un i v e r s i t y ，Ch e n g d u 6 1 0 0 3 1 ，Ch i n a ) Abs t r a c t ：To t r ul y r e pr e s e n t t h e s t a bi l i t y s a f e t y ma r gi n of l on g s pa n c on c r e t e f i l l e d s t e e l t ub e ( CFST) t i e d a r c h br i d ge，a t hr o ug h CFST t i e d a r c h br i d ge wi t h s p a n l e ng t h o f 25 4 m wa s c i t e d a s an e xa mp l e a n d wa s s t u di e d The ANSYS wa s u s e d t o s e t up t he 3 - d i m e ns i o na l( 3 - D) no nl i n e a r s i mul a t i on a na l y s i s mo d e l f or t he br i d g e a t b ot h t he c on s t r u c t i on a n d op e r a t i on s t a ge s，t h e g i r d l i ng e f f e c t of r a d i a l s t r e s s g r a di e nt i n f l u e nc e o f t h e s t e e l t u be s wa s c o ns i d e r e d，u s i n g t h e c on s t i t u t i v e r e l a t i o n o f t he c o r e c on c r e t e ba s e d o n t h e f i b e r e l e me n t mod e l a n d t h e l o a d c a s e s of c a s t i ng c o nc r e t e i nt o t he a r c h r i b c ho r d t u be s a n d t he s t r uc t ur a l s t a b i l i t y o f t he c o m p l e t e d br i d ge a t t h e op e r a t i on s t a g e we r e a na l y z e d The r e s u l t s o f t h e a na l y s i s r e v e a l t ha t t h e t i e d a r c h br i d ge a t t h e c o ns t r uc t i o n a nd ope r a t i o n s t a ge s ha s h i gh s t a bi l i t y s a f e t y ma r g i n Th e a s y nc hr on ou s c a s t i ng o f c o nc r e t e i nt o t he a r c h r i b c ho r d t u be s a n d t h e i n i t i a l g e o m e t r i c i m p e r f e c t i on a nd l i v e l o a d h a v e r e l a t i v e l y l i t t l e i n f l ue n c e o n t he s t a bi l i t y，ho we ve r t he i nf l u e n c e o f t he m a t e r i a l no nl i ne a r i t y o n t h e s t a bi l i t y i s s i g ni f i c a nt Ke y wo r d s：t i e d a r c h br i d ge；c o nc r e t e f i l l e d s t e e l t ub e；s t a bi l i t y；c on s t r u c t i on s t a ge；c o m p l e t e d b r i dg e s t a ge；no nl i n e a r a na l y s i s；f i n i t e e l e me n t m e t ho d 1 引 言 系杆拱桥兼有拱桥跨越能力大和简支梁桥地基 适应能力强两大特点 ， 是大跨度组合结构桥梁的重 要发展方向之一 1 。拱桥作为 以承压为 主的压弯 结构 ， 其稳定问题是设计 、 施工和运营中的关键性问 题 3 。对 于大 跨 度 钢 管混 凝 土 系 杆 拱 桥 而 言 ， 随着 跨径的不断增加， 宽跨 比逐步减小， 结构更为纤柔， 结 构的横向稳定性问题更为突出。稳定性问题已成为 拱桥向更大跨度方向发展时面临的核心问题之一。 目前对 系杆 拱 桥 的稳 定 性进 行 研 究 时 ， 主要 以 施 工过 程 中劲 性 骨架 的稳 定 性 、 施 工 过 程 结 构 的稳 定 性和 全桥 的稳 定性 作 为 研 究 对 象 ， 分 析 主 要 基 于 弹性理论进行， 通过取用较大的安全系数 ( 4 5 ) 确 保结构的稳定安全性_ 4 。我国规范根据拱肋长细 收 稿 日期 ：2 0 1 3 1 0 0 9 作者简介：黄 云 ， 博士生 ， E ma i l ： s w j t u h y 一 2 0 1 1 1 6 3 c o rn。研究方 向： 钢结构与组合结构桥梁。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钢管混 凝土系杆拱桥空间稳定性分析 黄云 ， 张清华 ， 叶华文 ， 崔 闯 5 1 比和矢跨比的不 同， 将拱肋换算为相当长度的压杆 ， 分别按照轴压构件强度计算公式或压杆临界力验算 纵 向稳 定性 ； 德 国规 范利用 等效 长 细 比把 拱 的面 内 、 外 稳定 转化 为直 杆 的受 压 稳 定 问题 进 行 计算 ； 美 国 规范则采用弯矩放大系数法计人 非弹性性能 的影 响l_ 5 。上述各 规 范均 对 结 构 进 行 了 简化 处 理 ， 与结 构的实际情况可能存在较大差异。对于复杂拱桥稳 定性的分析 ， 由于结构形式 、 连接方式、 边界条件及 刚度 匹配 等 的 不 同 ， 若 通 过 解 析 法 同时 考 虑 上 述各因素具有一定的困难 ， 可在理论研究 的基础上 采用数值分析方法有效地模拟拱结构的实际受力行 为 。既有研 究表 明 ， 拱 桥 结 构 的最 不 利 稳 定 状 态有 可能出现在施工阶段和成桥运营阶段。为真实反映 拱结构的稳定安全储备 ， 本文以一座典型 的下承式 钢 管混 凝土 系杆 拱 桥 为研 究 对 象 ， 通 过 三 维 非线 性 仿 真分 析方 法对 其施 工 与运营 阶段 的空 间稳 定性进 行 研 究 。 2 有 限元 仿真 分析模 型 的建 立 以一座 典 型的下 承式 钢管 混凝 土 系杆拱 桥为研 究对象 ， 针对其施工和成桥运营阶段 的空 间整体稳 定 性进 行分 析 。该桥跨 径 2 5 4 m， 计 算 跨 径 2 4 0 m， 桥 面 宽 3 4 m， 拱 轴 系数 1 3 5 2 ， 计 算 矢 跨 比 1 4 5 ， 宽 跨 比 约 1 7 ， 设 计 荷 载 为 公 路 一 I级 ， 人 群 荷 载 3 0 k N m ， 结构立面布置如图 1所示 。该 桥拱肋 为钢管混凝土桁架结构， 拱肋截面径向高 5 2 m， 肋 宽 2 8 m， 每肋为上 、 下各 2根 声 1 0 0 0 1 6 ( 2 0 、 2 4 、 2 8 )mm、 内灌 C 6 0微膨胀混凝 土的钢管混凝 土弦 管 ， 横 向通 过 6 8 0 1 2 mm 横 联 钢 管 相 连 ， 竖 向采 用 5 ( ) ( ) 1 2 mm 腹 杆 钢 管 连 接 构 成 ( 接 头 位 置 为 4 O O 1 2 mm) ， 拱肋 横 断 面 布置 如 图 2所 示 。2片 拱肋 中心 间距 1 9 5 m， 吊杆 间距 7 9 m。全 桥共 设 置 9道横 向支撑( 8道“ K” 字形撑和拱顶 1道“ 米” 字 形撑) ， 每侧各设置 2 8 根 吊杆和 1 6束系杆 。拱肋节 段立 面 布置如 图 3所示 。 1 3 3 5 + 2 7 X 7 9 0 + 1 3 3 5 = 2 4 0 0 0 图 1 典 型下承式钢管混凝土系杆拱桥立面布置 Fi g 1 El e v a t i o n o f Typ i c a l Th r o u g h CFST Ti e d Ar c h Br i d g e 钢管 l O 0 0 X 8 l 2 8 O O l 单位：Il n 图 2拱肋横 断面布置 Fi g 2 Cr o s s Se c t i o ns o f Ar c h Ri bs 拱内接头 图 3拱肋节段立面布置 Fi g 3 El e v at i o n o f S e g me nt o f Ar c h Ri b 2 1钢管混 凝 土 的模 拟 钢管 混凝 土 拱 肋 属 于钢 一混 组合 结 构 ， 受 力 过 程 中钢管 与混 凝 土 间会 发 生 相 互 作 用 。 因此 ， 真 实 地模拟钢管对混凝土的套箍效应并选用适合 的非线 性 本 构关 系是 运用有 限元 方法 对 系杆拱 桥极 限 承载 力进 行准 确分 析 的关 键 问题 。国内外在 对 钢管混 凝 土全 过程 受力 行 为进 行 试 验 和 理论 研 究 的基 础 上 ， 提出了双材 料模 型 ( 如双单 元模 型和纤 维单元 模 型) 、 单一材料模型( 如换算材料模型和统一理论模 型) 等多种计算方法_ 8 。本文综合考虑计算效率 、 试 验与理论吻合程度等 问题 ， 选取钢管混凝土偏心受 压应力应变关系的纤维单元模型_ 9 对系杆拱桥 的 空 间整 体 稳 定 性 进 行 分 析l_ 9 叫 。该 模 型 中钢 管 采 用一 维 四段直 线 的应 力 应 变 关 系 ( 图 4 ) ； 核 心 混 凝土 采用 可考 虑钢 管径 向应 力梯 度对 套箍 效应影 响 的修 正应 力 应 变 关 系 ( 图 5 ) ， 钢 管 对 混 凝 土 的 套 一 0 0 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 桥梁建设B r i d g e C o n s t r u c t i o n 箍 作 用 以及 偏 心率 的影 响效 应 通 过 引 入 “ 约 束 效应 系数 ” 和“ 应 力 梯度 修 正 系 数 ” 进 行 考 虑 。钢 管 与 核 心混凝土本构关 系 中的相关参 数参见 文献 9 1 1 ， 仿真分析 中取偏心率为 0 2 。 时 是 氆 图 4简化的钢材应 力应变关 系曲线 Fi g 4 Si mpl i f i e d St r e s s St r a i n Cur v e s o f S t e e l 图 5核心混凝土应力 应变关 系曲线 Fi g 5 S t r e s s S t r a i n Cu r v e s o f Co r e Co nc r e t e 2 2三维非 线性 分析 模 型 采 用 ANS YS分 别建立 各施 工 阶段 和 成桥 阶段 全 桥空 问三 维非 线性仿 真 分析模 型 。模 型 中整个拱 圈采用三维线性有限应变梁单元 B e a m1 8 8模拟 ， 吊 杆与系杆采用仅受拉或受压单元 L i n k 1 0模拟 ， 其余 构件采用 3 D弹性变截 面非对称 梁单元 B e a m4 4模 拟 ， 预应 力 的施加 通过 初应 变法 模拟 ， 拱座 与拱 肋钢 管之 间通 过建 立 约束方 程形 成整 体模 型 。 以成 桥 阶 段稳定性分析为例 ， 所建立的仿真分析模型如图 6 所示 ( 仅示 出上部 结 构 ) 。该模 型 单 元 总数 为 3 6 8 6 个 ， 节点总数为 5 6 0 2个。仿真分析过程 中同时考 虑了材料非线性和结构 的几何非线性 。 3计算 结果 及其 分析 为便 于对 钢管 混凝 土 系杆拱 桥 的空 间稳定 性做 出合 理 的评价 ， 针 对 拱结 构 的两 类 稳 定 问 题分 别 引 入相应的稳定安全系数对其稳定性加 以量化。对于 第一类稳定问题 ， 结构稳定性分析可归结为求解线 性方程的广义特征值 问题 ， 其最小特征值即为系杆 图 6 三维非 线性 仿真 分析模 型 Fi g 6 3- D No nl i ne a r S i m u l at i o n An a l y s i s M o d e l 拱 桥 的稳定 安全 系数 。第 二类稳 定 问题 考虑 了非 线 性 因素 的影 响 ， 相应 于失稳 时 的荷 载 ， 为拱 结 构 的极 限荷载 。极 限承 载能力 的大小通 常 采用稳 定 安全 系 数来 评 价 ， 因此 可根 据 需 要 定 义不 同 的稳 定 安 全 系 数以反映拱结构在不同荷载作用下的安全储备。鉴 于 系杆 拱桥 的稳 定性 随施 工过程 不 断变化 以及考察 同一工况下材料与几何非线性对空间整体稳定性的 影响， 此处将结构 的稳定安全系数 Kl 1 定义为 K P 。其 中 ， 为极 限承 载力 ； 为 当前 阶段 z= 1 i l 作 用 于结构 的所 有荷 载之 和 。 3 1 施 工 阶段稳 定性 分析 施 工 力学 研 究 表 明 ， 系杆 拱 桥 最不 利 的力 学状 态 可能 出 现在 施 工 阶段 口 。为 探 明 该 系杆 拱 桥 空 间稳 定性 随施 工 过 程 的变 化 规 律 以及 混 凝 土强 度 、 拱肋 混凝 土灌 注 时差 和 几 何 非线 性 ( 拱 轴 线 与 恒 载 压力 线偏 差 ) 对稳 定性 的影 响 ， 选 取拱 肋 弦管灌 注混 凝土的整个施工过程为研究对象 ， 依据设计施工工 序 以及 同一施 工 阶段 的最 大 灌 注 时差 ， 将 灌 注 混凝 土 的全过 程划 分 为 4个 工况 ， 如 表 1所示 ， 拱肋 弦 管 编号 见 图 2中钢管 内数 字 。混凝 土强 度对 结构 稳定 性 的增强 ， 以上一 阶段灌 注 的混 凝土 达到 设计 强度 ， 而后 一 阶段混 凝土 尚未 开始 灌注 的时段作 为分 析工 况 。几何 非线 性分 析 以最接 近于 实 际屈 曲模态 预测 值的特征矢量 屈 曲形 态 为依据 ， 对 拱 圈结构 施加 L 1 0 0 0 的初始几何缺陷。分析得到 3种情况( 设计 施工 工序 、 考 虑混凝 土灌 注 时差 、 计 人 混凝 土强 度影 响) 下稳定 安全 系数 随施 工过 程 的变化 如 图 7 所 示 。 3种情 况下计 入几 何 非 线 性影 响 的屈 曲路 径 如 图 8 所示 。根 据分 析结 果 ， 不 同情 况 下 各 工 况 的一 阶屈 曲模态均为面外失稳。限于篇幅， 仅列出考虑灌注 时差 所对 应工 况 的一 阶 和 二 阶 空 间失 稳 形 态 ， 如 图 9所示 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钢管混凝土 系杆拱桥 空间稳定性 分析 黄云 ， 张清华 ， 叶华文 ， 崔 闯 5 3 l 2 3 4 计算工 况 ( a )特 征值屈 曲稳定安全系数对 比 2 8 2 6 籁 2 4 2 2 悄 2 0 瓣l 8 1 6 1 4 1 2 3 4 计算工况 ( b )几何非线 性稳 定安全系数对 比 图 7 不 同情 况下稳定 安全系数计算结果 Fi g 7 Ca l c ul a t i o n Re s ul t s of S t a bi l i t y S af e t y Fa c t o r s u nd e r Di f f e r e n t Ca s e s 位 移 m ( a ) 设计施工工 序屈 曲路径 位移 m ( b )考虑 灌注 时差屈 曲路径 图 8 屈 曲路径对 比 Fi g 8 Co mpa r i s o n o f Bu c k l i n g Pat h s ( a )一阶失稳模态 ( b )二 阶失稳模态 图 9考虑灌注时差的 空间失稳模态 Fi g 9 S pa t i a l I ns t a bi l i t y M o de s Co ns i d e r i ng Co nc r e t e Ca s t i n g Ti me Di f f e r e nc e s 2 5 2 0 坫 糟 1 0 溪 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 位移 珥 ( c )计入混凝 土强度影响屈 曲路径 由 图 7 9可 知 ： 拱 圈结 构 的空 间稳 定 性 随 灌注 拱肋 混凝 土 的整 个 施 工 过程 逐 渐 降 低 ， 但 3种 不 同情况 下各 工况 中的最 小稳 定 安 全 系数 为 1 5 3 ， 大于规范推荐值( 4 6 ) ， 表 明拱 圈在灌注混凝 土过 程中的稳定性具有可靠 的安全储备 ； 设计施工工 序下各工况的稳定安全系数 ( 除工况 2 ) 介 于其余 2 种 分析情 况 之 间 ， 满 足 施 工 阶段 对 结 构 稳 定 性 的要 求 ； 对于考虑灌注时差 的不 同工况， 拱圈处于偏 载受力状态 ， 但所承受荷载仅为设计施工工序相 同 工况 的 i 2 ， 表明其具有较高的稳定性 ； 施工阶段 拱肋 弦 管作 为劲性 骨架 承 担 混 凝 土 湿重 ， 达 到设 计 弱； 号 毖埔 剞嵌 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 4 桥梁建设B r i d g e C o n s t r u c t i o n 强度 的混 凝土 处 于弹性 阶段 ， 受荷 相对较 小 ， 尚不 能 充分体现钢管对混凝土 的套箍作用 ， 对 提高结构稳 定性 的 贡献有 限 ； 考虑具 有 初始 缺 陷 的几何 非 线 性影 响 时 ， 结构 稳定 性有 一定 程度 的 降低 ， 但 稳定 性 随施 工 过程 的变 化趋势 与不 考虑 几何 非线 性时基 本 相 同 ， 且 屈 曲系数 与 相 同工 况 下 的特 征 值屈 曲相 差 较小 ， 表 明几何 非 线 性对 灌 注混 凝 土施 工 阶段 的影 响 相对 较小 ； 对不 同工 况下 平 面外 失稳 屈 曲路 径 进 行跟 踪可 知 ， 计 入 几 何非 线 性 影 响 时 拱 圈屈 曲 由 分支屈曲转化为极值点屈 曲， 达到屈曲荷载后屈 曲 阶段荷载一位移曲线缓慢下降， 位移增速加快 ， 而荷 载下降相对较小 ， 表 明系杆拱桥结构具有较好 的延 性 ； 所有工况 的一 阶屈 曲形态 皆为 面外 失 稳 ， 反 映 出拱 圈横 向稳定性相 对较弱 ， 设计 中可设 置适 宜 的横 向连 接 以提高其 横 向刚度 ， 从 而增强横 向稳 定性 。 3 2 成 桥 阶段稳 定性 分析 与 施工 阶段 相 比， 成桥 阶段 拱肋 所 承 受 的荷 载 水平有较大的提高 ， 压弯联合作用对钢管混凝土稳 定性 的影 响 更 为 突 出 。对 成 桥 阶段 稳 定 性 进 行 分 析 ， 有 助于深 入理 解 系 杆拱 桥在 不 同受 力 状 态下 的 空间整体稳定性 ， 可为桥梁结构 的安全运营和长期 使用提供理论依据。系杆拱桥成桥阶段拱圈结构所 受 荷载 应考 虑恒 载 和活 载 ( 车道 荷 载 、 人 群 荷 载 等 ) 的共 同作用 ， 对可能 出现的最不利状 态进行分析。 采 用所 建立 的成 桥 阶段 有 限元 仿 真 分 析模 型 ， 计 入 几何 非 线性 、 双 重非 线 性 的 影 响 ， 对恒 载 ( 工 况 一 ) 、 恒 载与 活载满 载 组合作 用 ( 工况 二 ) 以及恒 载 与活载 偏载组合作用( 工况三) 3种工况下该桥的空间整体 稳定 性 进行 计 算 分 析 ， 结 果 如 表 2所 示 。3种 工 况 在非线性 因素影响下的屈曲路径如 图 1 0所示 。与 施工阶段相 同， 3种荷载组 合作用下结构一阶空间 失稳形态均为面外失稳 ， 限于篇幅， 仅列出恒载与偏 载满载组合作用下 的一阶和二阶屈曲模态 ， 如图 1 1 所示 。 由表 2 及 图 1 0 、 图 1 1 可知 ： 不 同情 况 下 3 种 工况 间结 构稳 定安 全 系数 相 差 较 小 ， 表 明 该 系杆 拱 桥 的空间整体稳定性主要取决于恒载 ， 活载所 占比 ( a )一 阶屈 曲模态 表 2成桥阶段稳定安全 系数 比较 Ta b 2 Co mp a r i s o n of S t a bi l i t y S a f e t y Fa c t o r s o f Comp l e t e d Br i d g e S t a g e 计 算 工 况 堕 堑 号 蓑 毳 垒 墨 图 l 0各工况下的屈 曲路径 Fi g 1 0 Bu c k l i n g Pa t h s un de r Di f f e r e nt Lo a d Ca s e s 例较 小 ， 即活载 按 满 载或 偏 载 布 置 均不 会 对 结 构 的 稳定性产生显著影响； 对 比几何非线性与特征值 屈 曲稳定 安全 系数 可 以看 出 ， 当施 加 与施 工 阶段 相 同比例 ( L 1 0 0 o ) 的初始 缺 陷时 ， 几 何非 线性 对稳 定 性 的影 响均小 于 5 ， 且 3种 工 况下 的 屈 曲路 径 差 异较 小 ， 稳定 安 全 系 数 最 大 差 值 仅 为 o 1 8 ， 表 明结 构稳 定性 对 考 虑 初 始 缺 陷 的 几 何 非 线 性 因 素 不 敏 感 ； 几 何 非线性 与 双重非 线 性稳 定 安全 系 数 的对 比表 明 ， 考虑 双重 非 线性 时拱 圈 的整 体 稳 定性 显 著 降低 ， 而根据可知几何非线性对稳定性影 响程度 较小 ， 因此 材料 非 线性 对 拱 圈稳 定 性 的 影 响较 为显 著 ， 只进行特征值屈曲分析或仅计入几何非线性 的 影响会过高估计结构 的极限承载能力 ， 综合考虑几 何非 线性 和材 料非 线性 的影 响则 可对 结构 稳定 性作 出客 观 的评 价 ； 与施 工 阶 段 相 比， 成 桥 阶段 稳 定 安全 系数 因恒 载所 占 比例 的 提 高 而显 著 减 小 ， 当钢 管与 混凝 土进 入 塑性 阶段 后 ， 拱 圈 稳 定 安 全 系数 仅 为 弹性阶段时的一半 ， 分析计算 中必须考虑材料非 图 儿工 况 三屈 曲模 态 Fi g 1 l Bu c kl i n g M od e s u nde r Lo ad Ca s e 3 ( b ) 二 阶屈 曲模态 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钢 管混 凝土系杆拱桥空间稳定性分析 黄云 ， 张清华 ， 叶华文 ， 崔 闯 5 5 线 性 的 影 响 ； 相 应 于 各 计 算 条件 ， 3种 工 况 下 拱 圈结 构 的一 阶屈 曲模 态 均 为 面外 反 对 称 失 稳 ， 可 知 拱 圈横 向刚度相 对较 小 ， 易发 生面外 失稳 ， 宜 采取 相 应 的措施增强拱肋的横向连接 ； 成桥运营阶段恒 载基本保持恒定值 ， 仅有活载发生变化 ， 在最不利 的 2种荷载组合作用下 ， 最小稳定安全系数为 3 4 5 ， 对 所 占 比例较 小 的活 载 来 说 ， 该 系 杆 拱桥 的稳 定 安 全 储备可确保成桥阶段 的安全运营 。 4结论及 建议 ( 1 )施工阶段拱圈结构的空间整体稳定性 随灌 注拱肋 弦管 混凝 土 的整 个 施 工过 程 呈 下 降 趋 势 ， 各 工况下稳定安全系数均大于规范推荐值 ( 4 6 ) ， 按 设 计施 工工 序 开展 施 工 工作 ， 结 构稳 定 性 满 足 规 范 要 求 。成桥 阶段 该 系杆拱 桥 的非线 性稳 定安 全 系数 最小值为 3 4 5 ， 出现 在恒载与活 载满载组合 工况 中。因活载所 占比例相对较小 ， 结 构成桥后 的安全 运营具有较高的稳定性安全储备。 ( 2 )施 工 过程 中 同一施 工 阶段 拱肋 混 凝土 灌 注 的时差不会对结构空间稳定性产生显著影响 ， 但不 同步施工对拱轴线形及受力极为不利 ， 宜根据设计 施 工 工序 进行 同步 对称 施工 。 ( 3 )结 构 对 初 始 几 何 缺 陷 和 活 载 的影 响 不 敏 感 ， 材料非线性对稳定性的影响较为显著 。鉴于对 结构的整体稳定性作 出客观真实的评价 ， 计算分析 中应 同时 考虑 二者 的影 响 。施 工 阶段拱 肋 钢管 与混 凝土的应力水平较低 ， 钢管对混凝土的套箍效应 尚 不能充分体现 ， 计入管内混凝土强度对拱圈稳定性 的影 响相 对较 小 。 ( 4 )施工与成桥阶段不 同工况下一阶屈 曲模态 均为面外失稳 ， 表明结构的横 向稳定性相对较弱， 可 考虑增加拱圈横向连接同时严格控制施工安装误差 以减小初始几何缺 陷从而提高拱圈的横 向刚度 ， 增 强其 横 向稳定 性 。 ( 5 )目前关于钢管混凝土系杆拱桥破坏机理的 研究较为欠缺， 在对其极限承载力进行研究 的基础 上 ， 通 过对破 坏 机理进 行 深入研 究 ， 揭示 其破 坏规 律 以改善 结构 设计 将是 下一 阶段 研究 的重 点 。 E 2 E 4 5 6 8 参 考 文献 ( R e f e r e n c e s ) ： 。 1 B a o C h u n C h e n ，To n - L o Wa n g O v e r v i e w o f C o n c r e t e F i l l e d S t e e l T u b e Ar c h B r i d g e s i n C h i n a J Pr ac t i c e Pe r i od i c al on St r u c t ur a l Des i g n a nd Co ns t r uc t l on，20 09，( 14 )：7 0 8 0 乔长江大跨径钢 管混凝 土系杆拱桥 整体稳定 性研究 ( 硕士学位论文 ) D 武汉 ： 武汉理工大学 ， 2 0 0 6 ( QI AO Ch a n g j i a n g Re s e a r c h o n Gl o b a l S t a b i l i t y o f Lon g Spa n CFS T Bows t r i ng Ar c h Br i d ge( M a s t e r Di s s e r t a t i o n ) D Wu h a n ： Wu h a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，2 0 0 6 i n Ch i n e s e ) Xi ng Fa n，Zhu Bi ng，W a n g Xi a op i n gSt a bi l i t y An al y s i s f o r C F S T B a s k e t Ha n d l e Ar c h B r i d g e J I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o n Tr a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g， ASCE，20 09，1 37 8 1 38 3 J TG D 6 2 2 0 0 4 ， 公路钢 筋混 凝土 及预应 力混 凝 土桥 涵设计规范 s ( J TG D6 2 2 0 0 4 ，Co d e f o r De s i g n o f Hi g h wa y Re i n f or c e d Con c r e t e a n d Pr e s t r es s e d Conc r e t e Br i dge a nd C u l v e r t s S ) 李运生 ， 张彦玲 ， 王慧东拱桥稳定 分析的规 范方法与 建议 J 石家庄铁道学院学报 ， 2 0 0 2 ， 1 5 ( 3 ) ： 6 O 一6 4 ( LI Yu n s h e n g， ZHANG Ya n - l i n g， W ANG Hu i d on gSt a nda r d M e t ho ds a nd Pr op o s a l s f or An a l y s i s o f S t a b i l i t y o f Ar c h B r i d g e s J J o u r n a l o f S h i j i a z h u a n g Ra i l wa y I n s t i t u t e ，2 0 0 2 ，1 5 ( 3 ) ：6 0 6 4 i n Ch i n e s e ) 熊仲 明， 韦 俊 ， 曹 欣 ， 等4 6 5 m 大跨度 弧形钢拱 结构 的稳定 及其 缺 陷影 响分 析 J 工程 力学 ， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 1 1 ) ： 1 7 2 1 7 8 ( XI ONG Z h o n g mi n g，W E I J u n，CAO Xi n，e t a 1 A n a l ys i s of St a bi l i t y a nd I mpe r f e c t i on Ef f e c t of 46 5 m L o n g S p a n Ar c S t e e l A r c h S t r u c t u r e J E n g i n e e r i n g M e c h a n i c s ，2 0 0 9，2 6 ( 1 1 ) ：1 7 2 1 7 8 i n C h i n e s e ) 卫 星 ， 李 俊 ， 李小 珍 ， 等考虑二 阶效应 的拱结 构 面内弹性屈 曲 J 工程力学 ， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 1 ) ： 1 4 7 1 5 2 ( WEI Xi n g ，LI J u n，LI Xi a o z h e n，e t a 1 I n Pl a n e E l a s t i c B u c k l i n g o f Ar c h S t r u c t u r e Co n s i d e r i n g S e c o n d O r d e r E f f e c t J E n g i n e e r i n g Me c h a n i c s ，2 0 0 7 ，2 4 ( 1 ) ： 1 4 7 1 5 2 i n Ch i n e s e ) 韦建 刚 ， 陈宝 春钢管 混凝 土拱材 料非 线性有 限元 分 析方 法 J 福 州 大 学 学 报 ( 自然 科 学 版 ) ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 3 ) ： 3 4 4 3 4 8 ( WEI J i a n g a n g，CHEN B a o c h u n F i n i t e El e me n t M e t h ods f or Ana l ys i s on M a t e r i a l Non l i ne a r i t y o f Con c r e t e F i l l e d S t e e l Tu b u l a r Ar c h J J o u r n a l o f F u z h o u Uni v er s i t y ( Na t u r a l Sc i e nc e)， 2 00 4， 3 2(3)： 34 4 3 4 8 i n C h i n e s e ) 韩林海钢管 混凝 土结 构 理论与实践 M 北 京 ： 科学出版社 ， 2 0 0 0 ( HAN L i n - h a i Th e o r y a n d Pr a c t i c e o f Co n c r e t e F i l l e d S t e e l T u b u l a r S t r u c t u r e s M B e i j i n g ： S c i e n c e P r e s s ， 2 0 00i n Chi ne s e) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m