摘要：梁拱組合體系是一種新的組合體系，其結(jié)構(gòu)受力較好具有優(yōu)良的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而確定成橋狀態(tài)時(shí)的吊桿索力是設(shè)計(jì)過程中至關(guān)重要的工作。本文分別以位移、截面內(nèi)力為控制目標(biāo)并借助有限元分析軟件MIDAS/Civil來確定成橋狀態(tài)下吊桿的索力，通過對(duì)運(yùn)用剛性支承連續(xù)梁法和力的平衡法確定的吊桿索力結(jié)果進(jìn)行分析比較，得出一種較為合理的方法，為今后同類橋梁的設(shè)計(jì)、施工提供經(jīng)驗(yàn)和積累科學(xué)資料。

關(guān)鍵詞：下承式梁拱組合體系；索力調(diào)整；合理成橋狀態(tài)

梁拱組合橋是對(duì)傳統(tǒng)拱橋的發(fā)展，是拱橋和梁橋的結(jié)合體，兼有兩者的特點(diǎn)，在60～200跨徑范圍內(nèi)，梁拱組合橋梁造價(jià)低、施工方法成熟，是最具有競(jìng)爭(zhēng)力的的橋型之一。在梁拱組合橋梁的設(shè)計(jì)中，確定成橋狀態(tài)時(shí)吊桿索力是至關(guān)重要的工作。合理的吊桿索力可以使系桿所受彎矩布置均勻、合適，而合理地確定吊桿在全部恒載作用下的鋼束初始張拉力卻是一項(xiàng)重要又比較困難的工作。關(guān)于成橋狀態(tài)吊桿張拉力的確定，中外學(xué)者根據(jù)不同的力學(xué)性能指標(biāo)和材料用量指標(biāo)提出了許多方法。歸納起來，主要有：指定受力狀態(tài)法，如剛性支承連續(xù)梁法，零位移法等；無約束的索力優(yōu)化，如彎矩能量最小法，彎矩最小法等；有約束的索力優(yōu)化，如用索量最小法、最大偏差最小法；以及影響矩陣法。

本文采用剛性支承連續(xù)梁法和力的平衡法分別對(duì)蘭州市元通黃河大橋成橋時(shí)吊桿張拉力進(jìn)行了計(jì)算分析。

1.剛性支承連續(xù)梁法確定吊桿張拉力

所謂剛性支承連續(xù)梁法就是求一組恒載拉力值，使系梁與吊桿連接處節(jié)點(diǎn)在恒載和張拉力作用下，在成橋狀態(tài)下位移為零，并且同時(shí)認(rèn)為系梁內(nèi)的彎矩為剛性支承連續(xù)梁彎矩。可見此方法在確定吊桿的內(nèi)力時(shí)，主要以位移為控制目標(biāo)，以保證最終成橋的線型。

首先根據(jù)一次落架方式可以算出在恒載g作用下的柔性吊桿初始張拉力為零時(shí)，吊桿與主梁連接處各節(jié)點(diǎn)的垂直位移△，然后依次算出吊桿受單位力作用下這些節(jié)點(diǎn)的位移影響量 ， 為節(jié)點(diǎn)編號(hào)， 為吊桿編號(hào)；于是在恒載和吊桿力的共同作用下，以各控制節(jié)點(diǎn)變位等于零為控制目標(biāo)，可以寫出線性方程組：

—表示第 根吊桿產(chǎn)生單位里時(shí)對(duì)第 號(hào)節(jié)點(diǎn)的位移影響量。

—表示吊桿與系梁的連接處的節(jié)點(diǎn)數(shù)。

求解方程式（1）就可以得到成橋狀態(tài)時(shí)，以系梁與吊桿連接處各節(jié)點(diǎn)位移為控制目標(biāo)的吊桿張拉力。

2.以力的平衡法來確定吊桿張拉力

結(jié)構(gòu)的合理受力狀態(tài)往往是以結(jié)構(gòu)控制截面上的內(nèi)力（主要是彎矩或軸力）達(dá)到某一最佳狀態(tài)為目標(biāo)的?？v梁上各點(diǎn)的標(biāo)高可以通過設(shè)計(jì)預(yù)拱度來調(diào)整。剛性支承連續(xù)梁法以位移作為控制目標(biāo)，另外一種確定成橋時(shí)吊桿張拉力的方法就是直接以截面內(nèi)力為控制目標(biāo)。

在梁拱組合橋中，以直接承受活載的縱梁作為主要的研究對(duì)象，把吊桿與縱梁的連接處縱梁截面彎矩作為控制目標(biāo)量，同時(shí)考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土收縮、徐變的影響，則成橋時(shí)吊桿張拉力應(yīng)能使縱梁在恒載和吊桿拉應(yīng)力的作用下，縱梁內(nèi)控制截面的彎矩達(dá)到設(shè)計(jì)者所指定的彎矩狀態(tài)。以此為指導(dǎo)思想，以下用力的平衡法來確定恒載作用成橋狀態(tài)時(shí)吊桿張拉力的大小。以此為指導(dǎo)思想，以下用力的平衡法來確定恒載作用成橋狀態(tài)時(shí)吊桿張拉力的大小。

若要達(dá)到剛性支承連續(xù)梁的彎矩狀態(tài)，在拱橋吊桿與縱梁的連接處用剛性支承來替代，等效原來其它的有效約束，同時(shí)加上預(yù)應(yīng)力索，可以得到縱梁在恒載作用下相應(yīng)剛性支承連續(xù)梁的內(nèi)力狀態(tài)，獲取相應(yīng)截面的彎矩值，并以此作為控制目標(biāo)。有了此目標(biāo)以后，建立力的平衡方程，用拉力T來代替相應(yīng)的吊桿拉力，原有的約束條件不變。由結(jié)構(gòu)力學(xué)分析可知，對(duì)于任一吊桿與縱梁連接點(diǎn) 處，縱梁彎矩 的大小應(yīng)為：

3.3結(jié)果分析

分析表1的計(jì)算結(jié)果，以位移作為控制目標(biāo)的剛性支承連續(xù)梁法確定蘭州市元通黃河大橋成橋狀態(tài)的吊桿索力時(shí)，第1、21號(hào)吊桿出現(xiàn)了壓力，且其它吊桿內(nèi)力分布不均勻，這對(duì)于采用柔性吊桿的梁拱組合橋是不可取的。

分析表2的計(jì)算結(jié)果，以力的平衡法確定蘭州市元通黃河大橋成橋狀態(tài)的吊桿索力時(shí)，吊桿沒有出現(xiàn)受壓的情況。最大吊桿內(nèi)力為第11號(hào)，其值為146.7t，最小為第1、21號(hào)吊桿，其值為76.3t，相差47.99%，其它吊桿拉力分布比較均勻，這是比較理想的吊桿內(nèi)力。

結(jié)論

剛性支承連續(xù)梁法以梁拱組合體系的主梁在恒載作用下彎曲內(nèi)力成等代剛性支承連續(xù)梁為優(yōu)化目標(biāo)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是力學(xué)意義明確，計(jì)算過程見到，且成橋張拉力接近“穩(wěn)定張拉力”，可減少成橋內(nèi)力的影響。但剛性支承連續(xù)梁法只考慮了主梁的受力情況，而忽略了拱肋的受力情況，對(duì)于剛梁柔拱體系，有時(shí)會(huì)給拱肋帶來不可忽視的彎矩。且這種方法雖然能使主梁的彎矩較小，但吊桿張拉力有時(shí)并不是很均勻。這種方法適用于柔梁剛拱體系、吊桿間距較小且均勻。

力的平衡法是以控制截面內(nèi)力為目標(biāo)，通過合理選擇吊桿張拉力，來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。控制截面可包括主梁和拱肋，因此，主梁和拱肋的內(nèi)力都可顧及到，如控制截面及相應(yīng)的控制值選擇合理，效果比剛性支承連續(xù)梁法好，且吊桿張拉力不會(huì)出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。

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