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        非對(duì)稱無(wú)推力拱橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

        2017-01-05 12:53:40潘常建
        城市道橋與防洪 2016年12期
        關(guān)鍵詞:吊桿非對(duì)稱拱橋

        張 滔,潘常建

        (天津城建設(shè)計(jì)院有限公司,天津市 300122)

        非對(duì)稱無(wú)推力拱橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

        張 滔,潘常建

        (天津城建設(shè)計(jì)院有限公司,天津市 300122)

        九沙大道橋一端為中承式結(jié)構(gòu)形式,一端為下承式結(jié)構(gòu)形式,橋梁為中承式與下承式組合的單跨拱橋結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)體系及吊桿力直接決定了構(gòu)件受力狀態(tài),局部關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。對(duì)非對(duì)稱無(wú)推力拱橋結(jié)構(gòu)體系及合理吊桿力進(jìn)行了研究,并介紹了非對(duì)稱無(wú)推力拱橋關(guān)鍵局部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。相關(guān)研究成果可為類似橋梁的設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。

        無(wú)推力拱橋;結(jié)構(gòu)體系;吊桿力;局部節(jié)點(diǎn)

        1 工程介紹

        九沙大道跨運(yùn)河二通道大橋主橋?yàn)槿邕B續(xù)無(wú)推力拱橋,主橋采用新穎獨(dú)特的全鋼拱結(jié)構(gòu),跨徑布置為30 m+95 m+20 m,全長(zhǎng)145 m,全寬42~50 m。主受力結(jié)構(gòu)由兩道邊拱和一道中拱組成,輔以風(fēng)撐連接。為產(chǎn)生良好的視覺效果(見圖1、圖2),中拱和邊拱分別采用不同的矢跨比。西側(cè)拱腳伸入下部基礎(chǔ)形成剛性連接,并輔以斜撐和拉桿,以消減主梁內(nèi)力和相鄰拱腳的水平力;東側(cè)拱腳和橋面梁體剛接。橋梁基本構(gòu)件的材料構(gòu)成為:鋼箱拱肋、風(fēng)撐、縱橫梁及正交異性鋼橋面板,整束擠壓環(huán)氧噴涂鋼絞線型吊桿等。

        圖1 九沙橋效果圖

        圖2 行車視覺效果圖

        2 非對(duì)稱無(wú)推力拱橋結(jié)構(gòu)體系及合理吊桿力研究

        2.1 結(jié)構(gòu)體系研究

        采用大型通用有限元程序Midas civil,對(duì)兩端固定體系及一端固定一端滑動(dòng)體系進(jìn)行對(duì)比分析(見圖3、圖4)。

        圖3 一端固定一端滑動(dòng)模型

        圖4 兩端固定模型

        由表1、表2可知,兩端固定體系與一端固定一端滑動(dòng)體系相比,主梁承擔(dān)的軸力直接轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)水平反力,恒載下水平反力約2 000 t;標(biāo)準(zhǔn)組合下由于橋梁結(jié)構(gòu)無(wú)法自由伸縮,水平反力高達(dá)7 000 t,嚴(yán)重制約了下部基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。

        表1 兩種體系恒載作用下受力對(duì)比

        表2 兩種體系標(biāo)準(zhǔn)組合下受力對(duì)比

        無(wú)推力拱橋基礎(chǔ)中不產(chǎn)生水平推力,水平推力全部由結(jié)構(gòu)內(nèi)部系梁承擔(dān)[1],結(jié)構(gòu)體系水平方向靜定,因此不需考慮常年溫差的變化以及長(zhǎng)期荷載作用下的土體滑移引起的內(nèi)力變化。

        2.2 合理吊桿力研究

        無(wú)推力拱橋的主要受力構(gòu)件為拱、吊桿和系梁組成的整體,一旦橋梁結(jié)構(gòu)布置確定,總能找出一組吊桿力,使得結(jié)構(gòu)在確定性荷載作用下,某種反映受力性能的指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)[2,3]。表3為兩種體系恒載作用下受力對(duì)比

        表3 兩種體系恒載作用下受力對(duì)比

        無(wú)推力拱橋中,吊桿力的合理與否直接關(guān)系著施工階段的受力安全和成橋后的內(nèi)力分布,這將影響橋梁今后正常使用狀態(tài)乃至使用壽命。張拉力可能需要多次張拉調(diào)整,才能達(dá)到理想的成橋狀態(tài)和內(nèi)力要求,確定吊桿的張拉力是問題的關(guān)鍵。

        3 非對(duì)稱無(wú)推力拱橋關(guān)鍵局部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

        3.1 邊拱小拱箱腹板變化處局部分析

        邊拱合并段范圍構(gòu)件截面形狀不一致,梁?jiǎn)卧P椭形纯紤]此變化,該節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)需進(jìn)行細(xì)致分析。腹板變化段采用板單元模擬,其余采用梁?jiǎn)卧丸旒軉卧M(見圖5~圖7)。

        圖5 板單元在全橋模型中

        圖6 板單元模型

        圖7 板單元應(yīng)力(最大131 MPa)

        3.2 邊拱拱間聯(lián)系局部分析

        兩條分離的邊拱在吊桿位置采用箱型鋼構(gòu)件連接,在中拱與邊拱之間設(shè)置風(fēng)撐以增強(qiáng)橋梁整體性能,其位置與吊桿位置對(duì)應(yīng)。拱間聯(lián)系處連接構(gòu)件較多,受力狀態(tài)較為復(fù)雜,特對(duì)其進(jìn)行局部分析。局部范圍采用板單元模擬,其余采用梁?jiǎn)卧丸旒軉卧M(見圖8~圖10)。

        圖8 板單元在全橋模型中

        圖9 板單元模型

        圖10 板單元應(yīng)力(最大181 MPa)

        3.3 邊拱分開段與合并段交接處局部分析

        邊拱采用上下二層通透拱肋斷面的拱肋形式,拱肋由一個(gè)拱箱變成上、下兩道拱肋的漸變構(gòu)造細(xì)節(jié),邊拱上、下兩層拱箱與風(fēng)撐吊耳的連接構(gòu)造細(xì)節(jié),都需要進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算分析與局部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的研究。過(guò)渡段采用板單元模擬,其余采用梁?jiǎn)卧丸旒軉卧M(見圖11~圖13)。

        圖11 板單元在全橋模型中

        圖12 板單元模型

        圖13 板單元應(yīng)力(最大163 MPa)

        3.4 拱梁連接處局部分析

        東側(cè)拱腳和橋面梁體剛接,并在主梁下設(shè)置順橋向滑動(dòng)支座釋放拱橋水平力,為下承式拱橋的結(jié)構(gòu)形式(見圖14~圖16)。

        圖14 板單元在全橋模型中

        圖15 板單元模型

        圖16 板單元應(yīng)力(最大181 MPa)

        3.5 斜撐與縱梁相交處局部分析

        西側(cè)拱腳伸入下部基礎(chǔ)形成剛性連接,并輔以斜撐和拉桿,以消減主梁內(nèi)力和相鄰拱腳的水平力,為中承式拱橋的結(jié)構(gòu)形式(見圖17~圖19)。

        圖17 板單元在全橋模型中

        圖18 板單元模型

        U448.22

        B

        1009-7716(2016)12-0047-03

        10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.014

        2016-08-24

        張?zhí)希?981-),男,江蘇南通人,高級(jí)工程師,從事橋梁設(shè)計(jì)工作。

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