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混凝土拱橋整體數模分析

來源:UC論文網2019-03-27 10:45

摘要:

  【摘要】:通過對混凝土拱橋整體進行有限元建模計算,分析混凝土拱橋在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下的抗壓應力,從中分析比較得出混凝土拱橋的主要抗壓部位,對類似的混凝土拱橋的設計具有指導意義。  【關鍵詞】:混凝土拱橋、數模分析、抗壓  一、引言  隨著我國經濟的發展和交通量的加大,橋梁工程在我國的發展與日俱進,而拱橋作為我國最常用的一種橋梁形式,其數量也越來越多,據不完全統計,我國的公路橋...

  【摘要】:通過對混凝土拱橋整體進行有限元建模計算,分析混凝土拱橋在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下的抗壓應力,從中分析比較得出混凝土拱橋的主要抗壓部位,對類似的混凝土拱橋的設計具有指導意義。


  【關鍵詞】:混凝土拱橋、數模分析、抗壓


  一、引言


  隨著我國經濟的發展和交通量的加大,橋梁工程在我國的發展與日俱進,而拱橋作為我國最常用的一種橋梁形式,其數量也越來越多,據不完全統計,我國的公路橋梁中7%為拱橋。拱橋主要由拱肋、橫向連接、吊桿。橋面系等組成。以承受軸向壓力為主的拱圈或拱肋作為主要承重結構的橋梁,拱結構由拱圈及其支座組成。拱橋可以用磚、石、混凝土等抗壓性能良好的材料建造。大跨度的拱橋則用鋼筋混凝土或鋼材建造,以承受發生的力矩。下面以實際的工程實例進行數模分析。


  二、工程概況


  本工程為先鋒路跨越黃河總干渠的重要節點,橋位位于現狀先鋒橋北側,橋梁中心線距離現狀先鋒橋北側邊線38m。


  橋梁修筑起點樁號為K1+944.090,終點樁號為K2+137.910,全長193.82m。橋梁共5跨,其中0~1#墩和4~5#墩為混凝土箱梁引橋,1~4#墩為混凝土箱梁引橋,1~4#墩為主橋。


  具體跨徑布置為:主橋跨徑布置為25+100+25m,引橋跨徑20m。主橋橋面寬度:2.3m人行道+3.5m拱索區+4.5m非機動車道+0.5m防撞護欄+11.5m機動車道+0.5m防撞護欄+11.5m機動車道+0.5m防撞護欄+4.5m非機動車道+3.5m拱索區+2.3m人行道=45.1m;銀翹橋面寬度:2.3m人行道+4.5m非機動車道+0.5m防撞護欄+11.5m機動車道+0.5m防撞護欄+11.5m機動車道+0.5m防撞護欄+4.5m非機動車道+2.3m人行道=38.1m。


  三、主要結構特性


  上部結構主要分為橋面系和拱肋兩個部分,兩者采用吊桿連接,在拱肋兩端張拉用于平衡水平力的系桿。中跨拱肋采用鋼結構,邊跨拱肋采用混凝土結構,橋面系為鋼-混凝土組合結構。


  (1)鋼-混凝土組合橋面系


  主橋采用三跨布置,中跨橋面系采用鋼結構橫梁加橋面板的形式,邊跨采用鋼結構縱梁加橋面板形式。


  (2)拱肋


  拱肋分四部分:中跨拱肋、邊跨拱肋、拱頂聯系、拱肋裝飾。


  中跨拱肋為鋼結構構件,高33.1m,其中橋面以上20m,矢跨比為1:3,在橫橋向傾斜25°。拱肋采用變截面倒梯形截面,在拱頂部分,截面頂部寬2m,底部寬1.5m,高1.5m;在拱腳部分,截面頂部寬2m,底部寬1.17m,高2.5m。


  邊跨拱肋采用鋼筋混凝土構件,拱肋截面采用平行四邊形,寬度1.8m,拱頂高1.7m,拱底高2.1m。為與中拱鋼結構保持景觀協調性,邊拱外包鋼板。


  拱頂聯系采用鋼結構材料,內部在拱間做風撐,外部外包造型,形成蒙古包的金頂效果。


  拱肋裝飾部分位于主墩附近,在景觀上作為主拱到橋面的延續,該結構上端與拱肋焊接,下端與橋面可相對滑動。


  (3)吊桿


  吊桿采用鋼絞線整束擠壓吊桿,間距4m,全橋共設置40根。吊桿上吊點采用插耳式構造,下吊點采用整束擠壓錨。


  (4)系桿


  系桿采用整束可調可換系桿,在邊拱頂部對拉。


  四、計算模型


  本次計算的內力組合如下:


  (1)承載能力極限狀態內力組合


  組合I:基本組合:


  (2)正常使用極限狀態內力組合


  組合I:長期效應組合:


  組合II:短期效應組合:


  計算中對全橋進行有限元建模,考慮成橋狀態下的全橋各部分的受力狀態。采用有限元軟件Midas/Civil進行建模分析,全橋采用梁單元、板單元和實體單元進行模擬,具體分析模型參見圖1。


  五、分析結果


  通過進行數模分析,可以得出在成橋狀態下,全橋各部分的拉、壓應力和部分剪應力值,具體見表1。


  從表1中可知,對于整個拱橋而言,拉、壓應力最大的地方在拱橋的鋼-混凝土組合橋面系處,達到303MPa,超過了設計應力值。并且拱橋的主拱肋的抗剪能力不足,不能滿足規范要求。


  六、結論


  依托于Midas/Civil的數模有限元計算,由建模結果可知,對于此拱橋而言,拱橋的鋼-混凝土組合橋面系是整個橋梁的受拉壓應力最大的區域,而且拱橋的主拱肋抗剪能力也不能滿足規范要求。因此,如果在進行橋梁設計時不注重拱橋的橋面系和主拱肋設計,則橋面系和主拱肋的抗拉壓能力和抗剪能力很有可能不能滿足規范的要求,使得后續設計必須進行修改。本文對于此拱橋給出的解決方案是:模型中橋面系和主拱肋的局部強度略顯不足,針對此部分的局部桿件進行加強。


  由于橋梁結構復雜,模型只對主要結構進行了精細化的模擬,和實際情況有一定的差距,但是針對整個橋梁,此計算結果對于拱橋的設計有一定的指導作用。


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