铁路连续梁拱组合桥合理矢跨比研究

(承德石油高等专科学校 建筑工程系 河北 承德 067000)

铁路连续梁拱组合桥合理矢跨比研究

唐立新 陈淑贤 曹丽萍 范有靖 张天旭

(承德石油高等专科学校 建筑工程系 河北 承德 067000)

矢跨比是梁拱组合桥的重要特征参数，对结构的受力性能具有显著影响，设计时应合理选取。本文以某大桥为背景，分析矢跨比对结构内力、及稳定性的影响。结果表明：当矢跨比为1/4时，拱脚的弯矩最小，向两侧迅速增加，同时结构的稳定安全系数最大，故从这两个方面讲，对于大跨度连续梁-拱组合桥矢跨比选为1/4较为合适。

梁拱组合桥；矢跨比；内力；稳定性

1 引言

连续梁-拱组合桥结合了连续梁和拱两种结构体系，既充分发挥了各自的优点，又互相弥补彼此的不足。其中拱肋受压为主，具有较大的结构刚度及承载能力；梁直接承受列车荷载并抵消拱产生的推力，加之造型美观，使其跻身大跨度桥梁的备选桥型[1]。在此类桥型中，以三跨连续梁和拱的组合最为常见，即拱肋对三跨连续梁的中跨进行加劲。以往的矢跨比分析多针对于常规拱桥[2]，而对于三跨式连续梁拱组合桥的分析还很少，故有必要进行研究，以为工程实际提供一些借鉴。

2 有限元模型的建立

某大跨度连续梁-拱组合桥采用（82+172+82）m的跨径布置，主梁为三跨预应力混凝土单箱单室、变截面连续箱梁；主拱圈线型为二次抛物线，材料为钢管混凝土，计算跨度172m，矢跨比1/5；吊杆采用预应力钢绞线，纵向每8.0m设置一组。据此采用如下方法进行模拟：

主梁采用悬臂浇筑法施工，划分124个浇筑段；主拱肋采用共用节点法进行模拟；吊杆采用桁架单元进行模拟。拱、吊杆与主梁的连接为刚性连接，全桥的外部边界条件与普通三跨连续梁相一致[3]。通过以上分析，利用有限元软件Midas Civil建立全桥模型，如图所示:

图1 有限元模型

3 矢跨比影响分析

保持主梁中跨172m不变，设计不同的矢高，使得矢跨比分别为1/3、1/4、1/5、1/6、1/7，研究不同矢跨比下恒载、活载作用下结构内力及稳定性的关系[4]。

3.1矢跨比对结构内力的影响

选取主梁跨中、主梁梁墩、拱脚和拱顶四个关键截面，采用原设计内力值为基准，对其他矢跨比下的内力值进行单位化，绘制内力图如下：

图2 恒载作用下结构内力

由图2可知，矢跨比对结构恒载内力的影响显著：当矢跨比减小时，拱梁所受拉力增大，其中主梁中墩、跨中及拱顶轴力增大的幅度与数值接近于相等；矢跨比对恒载下结构弯矩变化如下：随矢跨比减小，主梁中弯矩增长很小，拱顶处弯矩显著增大，拱脚处弯矩变化显著，先减小后增大，有明显的非线性。

图3 中活载作用下结构内力

由图3可知，矢跨比对结构活载内力的影响很大，当矢跨比减小时，拱梁张拉力增大，其中主梁中墩、跨中及拱顶轴力增大的幅度与数值接近于相等；矢跨比对活载作用下结构弯矩影响有明显的非线性：随矢跨比减小，主梁中弯矩先减小后增大，拱脚处弯矩先增大后减小，拱顶处弯矩增大显著。

3.2矢跨比对结构稳定性的影响

表1 不同矢跨比下稳定安全系数

由表1可以看出，大跨度连续梁-拱组合桥的稳定安全系数与矢跨比的关系为：当矢跨比小于1/4时，稳定安全系数增大，当矢跨比大于1/4时，稳定安全系数则减小，因此对于大跨度连续梁-拱组合桥最有利的矢跨比为1/4。

4 结论

（1）随着矢跨比的减小，拱肋、主梁中的轴力线性增大，矢跨比对结构弯矩的影响则为非线性，尤其以拱脚处最为显著，且在矢跨比为1/4时最小。

（3）不同的矢跨比下，三跨连续梁拱组合桥的一阶模态均为横向振型，即面外失稳，且稳定安全系数随矢跨比的增大先增大后减小，在1/4处时稳定性最好。

[1]金成棣.预应力混凝土梁拱组合桥梁－设计研究与实践[M].人民交通出版社，2001．

[2]李国平.连续拱梁组合桥的性能与特点［J］.桥梁建设.1999.

[3]刘煜，肖汝诚，董萌.大跨度拱桥的结构优化与建议[J].结构工程师.2002.

[4]王洪超.连续梁拱组合体系桥梁设计参数分析［J］.岩土工程界，2000.

[5]朱卫国，张松，项贻强.三跨连续梁拱组合体系桥梁稳定性分析［J］.中国市政工程，2004.

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1007-6344（2017）06-0044-01