论大跨拱桥拱轴系数m的确定

魏雪辉

摘    要：计算实例为位于湖北宜巴公路上的干沟子大桥，干沟子大桥采用1m～100m上承式空腹拱桥梁，跨越峡谷，主拱采用1.9m高钢筋砼预制箱拱，本桥的计算关键为选取合理拱轴线，合理拱轴线可以有效减小偏心距以及拱肋弯矩，减少拱圈弯矩对大跨度拱桥至关重要，本文论述采用电算程序进行快速确定拱轴系数m。

关键词：箱拱;拱轴系数m;上承式拱桥;悬链线拱

1  工程概况

干沟子大桥采用1m～100m上承式空腹拱桥梁。上部桥面板采用7.5m跨与13m跨的预制空心板梁，盖梁柱式墩等拱上结构。主拱采用1.9m高钢筋砼预制箱拱，采用五段拼装施工方案，横桥向共6片箱拱。拱脚为大体混凝土基础，嵌入中风化岩层（P2、P3墩）。桥面宽度B=12m，拱圈净跨L=100m，净矢高f=16.6667m，矢跨比f/L=1/6，箱高h=1.9mm，箱总宽b=9.76m，拱脚与拱座刚性连接，形成无铰拱。

2  模型建立

采用midas civil2019进行有限元空间杆系结构建模，杆系按实际荷载传递模型整桥建立。拱座与主拱圈采用刚性连接，拱圈之间为横隔板铰接;主拱圈横隔板与横墙刚性连接，横墙与立柱刚性连接，立柱与系梁、盖梁刚性连接。

3  试算拱轴系数m

本桥拱轴线为悬链线，拱圈内力取决于拱轴系数m，m按从小到大顺序依次试算。悬链线按以下公式将拱轴坐标换算成电子表格坐标，分别求出各m值对应的拱轴坐标，并导入CAD后导入civil快速替换拱圈单元，其中因拱轴线变化导致的上部結构荷载变化可忽略不计。

同样，对m=2.514，m=3.5均做了试算，结果为m越大，弯矩偏离拱轴线越大，故本桥的合理拱轴线为m=1.347。

4  结论

（1）试算目标为拱轴线与压力线的五点重合，通过电算，可以直观查看五点以外的内力情况，要做到拱轴线和压力线完全吻合是不太可能的，但是可考虑使拱脚至拱跨1/4点附近的一段，压力线的多数点在拱轴线上面，在拱跨1/4点附近至拱顶的区段内，压力线的多数点在拱轴线下面，最理想的极限即拱顶正弯矩接近拱脚负弯矩。

（2）本案例试算m值结果得知，随着m值增加，拱脚弯矩由大变小，拱顶弯矩由小变大，m大于1.988时，弯矩偏离L/4拱轴位置。在m=1.347时，拱顶弯矩与拱脚弯矩比较接近，并且频遇组合时拱顶弯矩略小，有利于收缩徐变与活载荷载的安全储备。

参考文献：

[1] 桥梁设计与计算[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 桥梁设计工程师书册[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3] midas civi在桥梁结构分析中的应用[M].北京：人民交通出版社，2012.