縱坡對(duì)懸鏈線拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響分析

1、<p>　　縱坡對(duì)懸鏈線拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響分析</p><p>　　摘 要：本文以某80m跨徑箱型板拱橋?yàn)橐劳校\(yùn)用 midas橋梁專(zhuān)用程序?qū)Ρ扔?jì)入路線縱坡前后計(jì)算結(jié)果，從而使拱橋主拱圈強(qiáng)度在設(shè)計(jì)計(jì)算階段更趨于合理完善，具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：箱型板拱橋；路線縱坡；主拱圈強(qiáng)度；合理完善 </p><p>　　中國(guó)分類(lèi)號(hào)：U4

2、46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　Analysis of longitudinal slope of the catenary arch bridge structure design </p><p>　　CUI zhen-shan1Wu Yan-chun2 </p><p>　?。?.Xi,an Ruitong Highway Bridge Scien

3、ce & Technology Co,Ltd，Xi’an710075,China； </p><p>　　2. Xi'an TongZhou Highway Engineering Consulting Co., Ltd，Xi’an710075,China.) </p><p>　　Abstract: Relying box template to a 80 m span

4、arch bridge, to use midas bridge dedicated program comparing results before and after are included in the route longitudinal slope, so reasonable and perfect arch bridge the main arch intensity tends to be more in the de

5、sign phase, with important practical guidancesignificance. </p><p>　　Key words: box plate arch bridge; Directions longitudinal slope; the main arch intensity tends; Reasonable and perfect </p><p&g

6、t;<b>　　概述 </b></p><p>　　公路橋梁橋上及橋頭引道的平面、縱面線形應(yīng)與路線布設(shè)相互協(xié)調(diào)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合路線設(shè)計(jì)規(guī)定［1］。橋梁縱向坡度大小需依據(jù)公路線路而定，并不宜超過(guò)相應(yīng)規(guī)范限值。 </p><p>　　當(dāng)拱橋橋位位于縱坡路段且豎曲線與橋梁結(jié)構(gòu)非對(duì)稱(chēng)時(shí)，如單向縱坡路段，拱上建筑將引起主拱圈結(jié)構(gòu)受力的不對(duì)稱(chēng)性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)入其影響因素。 &l

7、t;/p><p>　　本文結(jié)合某80m跨徑上承式鋼筋混凝土箱型拱橋(2.1%縱坡)實(shí)例，對(duì)比計(jì)入縱坡前后主拱圈結(jié)構(gòu)安全度，為拱橋合理化設(shè)計(jì)提供參考。 </p><p><b>　　工程背景 </b></p><p>　　貴陽(yáng)至新寨汽車(chē)專(zhuān)用公路某大橋，修建于1998年6月，跨徑組成為1×80m鋼筋混凝土箱型拱+8×30m預(yù)應(yīng)力混凝

8、土工型組合梁。主孔矢高16m，矢跨比f(wàn)0/L0=1/5,拱軸系數(shù)m=1.347，主拱圈為單箱三室，寬9m,高1.6m；拱上建筑為鋼筋混凝土裝配式矩形板、四柱式排架；下部結(jié)構(gòu)主橋?yàn)橹亓κ蕉铡⑴_(tái)、明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。 </p><p>　　設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：汽車(chē)-超20級(jí)、掛車(chē)-120設(shè)計(jì)荷載；單幅橋面凈寬： 9.5m。主要材料：預(yù)制工字梁用50號(hào)混凝土，現(xiàn)澆橋面板采用30號(hào)混凝土，主拱圈采用40號(hào)鋼筋混凝土，拱上立柱采用30號(hào)鋼

9、筋混凝土，腹孔行車(chē)道板采用25號(hào)鋼筋混凝土。 </p><p>　　圖1 橋型布置圖圖 </p><p><b>　　驗(yàn)算荷載組合為： </b></p><p>　　組合Ⅰ：恒載（結(jié)構(gòu)重力）+汽車(chē)； </p><p>　　組合Ⅱ：恒載（包括結(jié)構(gòu)重力、基礎(chǔ)變位影響力）+溫度影響力+汽車(chē)； </p><p

10、>　　組合Ⅲ：恒載（結(jié)構(gòu)重力）+掛車(chē)。 </p><p>　　有限元模型與計(jì)算結(jié)果 </p><p>　　該拱橋主要由主拱圈、拱上傳載構(gòu)件(填充物)、橋面系組成，主拱圈是主要承重構(gòu)件。主拱圈單孔跨徑為80m,屬于大橋。 </p><p>　　規(guī)范規(guī)定：大跨徑拱圈應(yīng)驗(yàn)算拱頂、拱跨3/8L、拱跨1/4L和拱腳四個(gè)截面，必要時(shí)應(yīng)驗(yàn)算拱跨1/8L點(diǎn)［2］。本文只針對(duì)成

11、橋階段主拱圈結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，沒(méi)有列入施工階段穩(wěn)定性驗(yàn)算。荷載組合系數(shù)取值如表1所示。 </p><p>　　規(guī)范規(guī)定，計(jì)算跨徑L50m≤L≤100m時(shí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γso=1.03；計(jì)算拱圈拱圈的溫度和混凝土收縮影響時(shí)，可根據(jù)實(shí)際資料考慮混凝土徐變的影響。考慮混凝土徐變的影響，溫度變化內(nèi)力應(yīng)乘以折減系數(shù)0.7；考慮混凝土徐變的影響，拱圈混凝土的收縮內(nèi)力應(yīng)乘以折減系數(shù)0.45。 </p><p>

12、;　　2.1主拱圈強(qiáng)度驗(yàn)算 </p><p>　　主拱圈強(qiáng)度和偏心距計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2所示。 </p><p>　　表185規(guī)范作用組合系數(shù) </p><p>　　注:表中“/”表示該項(xiàng)荷載不參與該組合，基礎(chǔ)沉降值考慮5mm,未在表中列出。 </p><p>　　表2 不考慮縱坡主拱圈承載力驗(yàn)算 (單位：KN m) </p><

13、;p>　　彎矩最大工況(組合I) </p><p>　　彎矩最大工況(組合II) </p><p>　　彎矩最大工況(組合III) </p><p>　　軸力最大工況(組合I) </p><p>　　軸力最大工況(組合II) </p><p>　　軸力最大工況(組合III) </p><p&g

14、t;　　注：表中M、N取值為在基礎(chǔ)沉降5mm情況下得出的計(jì)算值。值時(shí)，y=y上 =0.8；e0 為負(fù)值時(shí)，y=y下 =0.8。 </p><p>　　彎矩最小工況(組合I) </p><p>　　彎矩最小工況((組合II) </p><p>　　彎矩最小工況((組合III) </p><p>　　軸力最小工況(組合I) </p>

15、<p>　　軸力最小工況(組合II) </p><p>　　軸力最小工況(組合III) </p><p>　　允許偏心距e0范圍:合I≤0.6y；組合II～I(xiàn)II≤0.7y。e0 為 </p><p>　　對(duì)于受拉區(qū)配有0.05%以上的縱向構(gòu)造鋼筋的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造鋼筋對(duì)于裂縫有一定的控制作用，所以其容許偏心距尚可增加0.1y。 </p><

16、;p>　　驗(yàn)算結(jié)果表明主拱圈各控制截面強(qiáng)度驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。 </p><p>　　2.2主拱圈主拱圈抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算 </p><p>　　主拱圈拱腳截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果如表3所示： </p><p>　　表3主拱圈拱腳截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算表 </p><p>　　計(jì)算結(jié)果表明拱腳截面直接受剪強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。 </p><

17、;p>　　2.3主拱圈豎向剛度驗(yàn)算 </p><p>　　本橋以汽車(chē)荷載（不計(jì)沖擊力）計(jì)算的最大豎向撓度出現(xiàn)在拱跨的1/4截面處，為1.30cm<L/800，剛度滿足要求。 </p><p>　　計(jì)入縱坡前后主拱圈對(duì)比 </p><p>　　復(fù)核計(jì)算時(shí)midas有限元模型(見(jiàn)圖2)計(jì)入2.1%縱坡，將拱上建筑模擬為均布荷載加載?？紤]縱坡后，計(jì)算結(jié)果僅對(duì)主

18、拱圈5/8L、拱腳(L處)處影響較大，如表4所示。 </p><p>　　圖2 結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型 </p><p>　　表4 計(jì)入2.1%縱坡主拱圈承載力驗(yàn)算 (單位：KN m) </p><p>　　彎矩最大工況(組合I) </p><p>　　彎矩最大工況(組合II) </p><p>　　彎矩最大工況(組合II

19、I) </p><p>　　注：表中M、N取值為在基礎(chǔ)沉降5cm情況下得出的計(jì)算值。值時(shí)，y=y上 =0.8；e0 為負(fù)值時(shí)，y=y下 =0.8。 </p><p>　　彎矩最小工況(組合I) </p><p>　　彎矩最小工況((組合II) </p><p>　　彎矩最小工況((組合III) </p><p>　　由

20、表4可以看出，彎矩最大工況(組合II)5/8L處截面、彎矩最小工況(組合II)拱腳L處截面處按截面抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算，偏心距超過(guò)允許偏心距e0。 </p><p>　　限制偏心距目的，在于控制裂縫和裂縫的發(fā)展。表4中，容許偏心距e0是按照裂縫和穩(wěn)定要求提出的。當(dāng)偏心距超過(guò)上述規(guī)定限制，N值比較小，而e0值比較大，按下計(jì)算式計(jì)算。 </p><p><b>　　(公式3.1) </

21、b></p><p><b>　　計(jì)算式中： </b></p><p>　　Nj—表示作用效應(yīng)值。 </p><p>　　rm—材料安全系數(shù)。 </p><p><b>　　截面面積。 </b></p><p>　　W—截面受拉邊緣的彈性抵抗。 </p>

22、<p>　　Rjwl—受拉邊邊層的彎曲抗拉極限強(qiáng)度。 </p><p>　　表4中，相應(yīng)按抗壓強(qiáng)度計(jì)算偏心距超限的截面，按公式3.1計(jì)算Nu 計(jì)入表中，滿足公式要求。 </p><p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　由于橋面縱坡的影響引起的拱橋拱上建筑對(duì)主拱圈作用效應(yīng)的不對(duì)稱(chēng)性，計(jì)算主拱圈截面強(qiáng)度和偏心距時(shí)需特別注意

23、，采用有限元程序計(jì)算時(shí)，模型中應(yīng)計(jì)入縱坡的影響。 </p><p>　　對(duì)于按抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算截面偏心距超限時(shí)，則根據(jù)公式3.1按抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1][2] 交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)JTJ 022-85[M]北京:人民交通出版社,1989. &