三跨自锚式钢管混凝土系杆拱桥拱脚空间应力分析.pdf

三跨 自锚式钢管混凝土系杆拱桥拱脚空间应力分析 胡 凯强 ( 合 肥 工 业 大 学土 木 与 水 利 工 程 学 院， 安 徽合 肥2 3 0 0 0 9 ) 摘 要 ：以实际工程为背景，通过Mi d a s F e a 有限元软件建立了 该桥拱 脚的空间实体模型，定量地得 出了拱脚的应力分布情况， 找到 了拱脚的受 力薄弱 区域 ， 验证了设计的安全性和合理性 。 研究结果可为类似工程提供 参考。 关键词 ：钢管混凝土； 拱脚；有限单元法； 应力分析 中图分类号 ：U 4 4 3 2 3 文献标识码 ：A 文章编号：1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 1 5 3 0 4 D OI ：1 0 1 6 3 3 o j c n k i 1 0 0 7 - 7 3 5 9 2 0 1 6 0 3 0 5 6 0 前 言 三跨 自锚式钢管混凝土系杆拱桥为中承式钢架 系杆拱桥 ， 其拱肋与桥墩 固结 ， 拱脚受力非常复杂而 且不具普遍性， 不同桥的拱脚节点的构造和受力都不 尽相同 。一般对于拱桥的计算都是以杆系单元来处 理， 显然杆系单元模型不能对拱脚节点进行局部应力 分析。 目前对拱桥拱脚节点 的分析方法主要有有 限元 法和模型试验法。郑振飞口 等人采用 8 节点等参单元 对某大桥拱脚节点进行建模 ，并结合三维光弹性实 验，分析了拱脚节点的空间应力分布规律。马坤全口 等人根据静力和几何相似准则， 建立拱脚模型进行试 验 ， 将实测值与有限元结果进行对 比， 验证了拱脚受 力的合理性 ，同时对模型进行超载试验 ， 结果表明该 桥具有较好的承受超载能力。 文献 将圣维南原理运 用在钢管混凝土拱桥的局部分析中， 详细介绍了拱脚 有限元模型的简化， 边界条件的模拟以及荷载的施加 方式 ， 解决了求解钢管混凝土拱桥拱脚局部复杂受力 和变形情况的问题。 本 文 以某 新 建 大 桥 为 列 ，运 用 有 限 元 软 件 M i d a s F e a建立拱桥拱脚实体模型，对拱桥成桥状态 下拱脚节点空间应力进行分析 ， 研究结果可为今后 同 类桥梁的设计和施工提供参考依据。 1 工程概况 某新建桥梁是一座全长 1 2 5 m的三跨 自锚式钢管 混凝土系杆拱桥 ，跨径布置为 2 0 m+ 8 5 m+ 2 0 m，全桥 宽 3 7 5 m。中跨拱肋拱轴线为二次抛物线， 计算跨径 为 8 5 m， 失高为 2 1 2 5 m，矢跨比为 1 4 ，采用钢管混 凝土哑铃型截面。 边跨拱肋拱轴线为二次抛物线的一 半， 跨径为 2 0 m， 失高为 5 m， 矢跨比为 l ， 7 ， 采用钢 筋混凝土矩形变截面。 全桥通过锚 固在边跨两端的柔 性系杆将三跨连接为一个有机整体， 系杆降低了主拱 对拱脚及桥墩的水平推力从而保证了整个结构体系 的安全。 全桥总体布置如图 1 所示。 该桥的拱脚主要 承受主拱肋、 边拱肋和立柱传来力的作用， 拱脚具有 受力复杂、构造复杂以及几何形状的不规则的特性。 本文拱脚立面图如图 2所示 。 。 。 。 一 f 8 图 1全桥总体布置图 l j I 1 I I I i I 图 2拱脚立面图 2 分析模型的建立 翥 ： 昭 安 徽 绩 溪 人 翎 巴 工 业 大 学 在 读 硕 士 f。- 1 模 型 I：11建 立 研 究 方 向 ： 结 构 工 程 。 I夭 邕】l鼍 j 上_ 口 口 置 ； 圆 程度可得到一定缓解； 如没有拉伸施工的条件， 建议 在设计锁定轨温范围内取较高温度进行施工。 在铺设无缝线路时 ， 要准确丈量轨长 ， 准确合 拢 ， 按设计规定锁定线路， 及时埋设位移观测桩并做 出观测记录。 保持无缝线路设备状态良好， 保证线路有足够 的抵抗轨道弯曲变形的能力和稳定性。 横向道床阻力 是保持无缝线路稳定最重要的有效因素， 道床断面的 几何尺寸应符合设计标准， 并使道床保持丰满、 密实。 混凝土枕扣件应齐全， 并经常保持状态良 好 ， 使之达 到紧、密、靠、正、润的要求。 根据季节特点、 线路状态和锁定轨温合理安排 无缝线路维修计划， 高温季节不要进行影响线路稳定 性的作业 ， 冬季作业要注意钢轨长度的变化引起锁定 轨温下降。 无缝线路的养护维修严格遵守 铁路线路修理 规则 有关作业轨温条件的规定。 在气温到达 3 5 及以上或维修作业期间和作 业之后数天内， 应加强巡道次数， 认真监视线路方向 变化，以便迅速采取措施。 养护维修作业中， 若发现轨向、 高低不良， 起道、 拨道省力， 枕端道碴离缝， 必须停止作业。这些现象 都是胀轨跑道的预兆， 如不停止作业进行处理， 则有 发生胀轨跑道危及行车安全的可能。发生胀轨跑道 后， 可采用浇水法降低钢轨温度。 轨温降低后方可拨 道。曲线地段拨道只能上挑， 不宜下压。 拨道后捣鼓 道床， 并对道床侧面进行夯拍， 限速放行列车， 并派 专人看守， 待轨温降至接近锁定轨温时， 再整正线路 和恢复常速。 4结 论 本文阐述了朔黄铁路换铺无缝线路施工技术， 通 - 过长钢轨拖卸、 单元轨条焊接机位移观测桩埋设、 单 口 元轨条换铺、 应力放散及锁定、 轨道整理剂旧轨切割 旺： 回收以及线路防胀预防， 保证了在 “ 天窗”点内的施 ： 工顺利进行， 安全质量可控。 通过对朔黄铁路换铺无 誉； ! 缝线路工程的施工过程总结， 也为以 后类似既有线路 j 换铺无缝线路施工积累了一定 的指导性 的经验和方 ： 。一 I 法 。 。 参考文献 【 1 李炜 无缝 线路换铺 法线路 锁定施工技术 【J 】 铁道建筑技术 ，2 0 0 4 ( S 1 ) ：1 1 9 1 2 1 + 6 【 2 】 黄波 普通无缝线路改造成 区间无缝线路 的施工技术 J 】 铁道建筑 ， 2 0 0 5( 1 0) ：6 0 6 2 3 】 周东伟 ，刘彬普通无缝线路改造为区间无缝线路的施工方法及锁定 轨温控制 】 铁道建筑，2 0 0 3( 1 2) ：4 0 - 4 1 4 杨巍彬 ，钱振地 ，张宁南 ，薛红喜 ，要旭 新线铁路一次铺设跨 区间 无缝线路综合施工技术 J 铁道工程学报，2 0 0 2( 4) ：1 1 7 1 2 0 + 1 0 6 【 5 王刚铁路建设再提速J 建设机械技术与管理 ，2 0 0 9( 5 ) 6 梁新明 客运专线换轨大修设计 、施工中注意的几个问题U 】 铁道建筑 技术。2 0 0 8( S 1 ) ：2 0 2 5 ( 上接 第 1 5 5页 ) 参考文献 【 1 彭桂瀚 ，陈宝春，孙潮 下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥拱脚有限元 应力分析 J 】 福州大学学报 (自然科学版 ) ，2 0 0 7 ，3 5( 1 ) ：8 5 8 8 【 2 郑振飞 ，徐艳，陈宝春 深圳北站大桥拱墩固结点局部应力分析 J 中 国公路学报，2 0 0 0 ，1 3( 2) ：6 9 - 7 2 【 3 马坤全，李国胜 ，吴定俊 V形钢构组合拱桥拱脚空间应力分析 J 】 世 界桥梁，2 0 0 3 ，( 1 ) ：4 8 5 1 4 1 李青山钢管混凝土系杆中墩处墩脚应力分析 J 】 山东交通学院学报， 2 0 1 0 。1 8( 4) ：3 9 4 3 【 5 】 马雅林 ，毛亚娜，刘世忠 ，叶丹 下承式钢管混凝土拱桥拱脚空间应 力分析叫 铁道标准设计 ，2 0 1 1 ，( 1 1 ) ：4 9 5 3 【 6 张明，汪宏 ，耿波 中承式钢管混凝土系杆拱桥拱脚应力分析阴西部 交通科技 ，2 0 1 2 ，( 4) ：2 7 3 2 7 郭泽华钢管混凝土系杆拱桥拱脚结点受力分析【 D 南京 ：南京林业大 学。2 0 0 8 8 】8 铁摩辛柯( T i m o s h e n k o S P ) ，古地尔( G o o d i e r J N ) 弹性理论 M 徐芝纶 ，译 北京 ：高等教育出版社，2 0 0 9 圆