斜靠式拱桥有限元静力分析

申富林

（广州铁路职业技术学院， 广州 510006）

0 引言

斜靠式拱桥是一种新型拱桥受力结构体系，主要依靠两片主拱和两片斜靠拱组合成[1～2]。该类桥梁的主要承重结构为中间平行的主拱肋，倾斜的斜靠拱肋承受人群以及非机动车道的荷载，并增强抗扭转和倾覆的能力。斜靠拱与主拱通过横撑将连接成一个侧向刚度强大的空间稳定体系，与一般梁拱组合体系桥相比，斜靠式拱桥的最大不同在于主拱间未设横撑，依靠斜靠拱来代替风撑带来的稳定[3～4]。

1 有限元模型

本文选选取的斜靠式钢筋混凝土拱桥跨径为68m，主拱以及斜靠拱的拱轴线均为悬索线，其中主拱失跨比为1:4.5，斜靠拱在拱圈平面内的失跨比1:4.2；在主墩到跨中处全桥宽度由43.600m 变化至55.004m；桥梁下部结构采用承台柱式桥墩以及钻孔灌注桩基础。

采用大型商业有限元软件Midas/civil 建立整体模型，该模型共有单元1894 个，包括有空间桁架，空间梁以及板单元三种。桁架单元运用于主拱吊杆以及斜拱吊杆，共有75 个。空间梁单元运用于主拱，斜拱端横梁等，共有1252 个单元。板单元运用于桥面板，共567 个单元。斜靠拱处支座和端横梁处的支座的支撑方式采用节点弹性支撑，并且仅存在竖向约束。由于主拱拱脚和端横梁之间存在共同节点，因此不需要采用刚性连接[5～6]。

2 施工过程主要构件受力分析

该桥梁采用满堂支架的施工方法，分为三次张拉拱肋与主梁和桥面系之间的吊杆。由于篇幅限制，本文仅给出部分工况下的重要截面弯矩值。

从下表1 中的数据可知：

1）在主拱拱脚处的弯矩由于是拱上部受拉力作用，因此弯矩绝对值逐渐变小；主拱跨中位置为下面受拉，拱脚弯矩处的绝对值较大。

2）主拱混凝土和钢筋的弯矩具有一样的趋势，是因为在有限元软件中两个具有节点相同的梁单元的转角位移是一致的，因此主拱处的混凝土和钢筋的弯矩具有相同的趋势，只是由于两者刚度不同导致数值等比例放大或缩小。

3）在钢管内混凝土强度达到95%之后，主桥桥面板及湿接缝浇筑完成后，分别进行吊杆力的第一次张拉、第二次张拉和第三次张拉，在施加二期恒载之后结构才形成拱结构，此时吊杆的张拉力连接拱和梁的作用，因此，此时的索力值即为成桥索力。

3 成桥静力分析

成桥即为加上二期恒载后的状态，桥梁主要结构的弯矩和吊杆索力如表1、表2 所示。由于篇幅限制，本文仅列出部分数据。

表1 施工过程主要构件弯矩分布表（单位：kN.m）

表2 实际成桥索力以及设计索力对比表（单位：kN）

从上表可知，经验算的成桥索力同设计时相符合。

1)主拱吊杆和斜拱吊杆最大拉应力均小于强度标准值1670MPa；

2)主拱钢管R235 抗拉压强度设计值为195 MPa；HRB335 抗拉压强度设计值为280 MPa，因此主拱钢管应力满足设计要求；

3)主拱C50 混凝土轴心抗压强度标准值为22.5MPa，抗拉强度标准值为1.82MPa，因此主拱混凝土应力满足设计要求；

4)端横梁，梁格系，斜拱以及结构横撑处的R235 抗拉压强度标准值均为194 MPa，HRB335 抗拉压强度标准值均280 MPa，因此端横梁，斜拱应力满足设计要求。

4 结语

斜靠式拱桥是一种较为复杂的空间梁拱组合体系桥，该种桥梁受力复杂，除了具备一般拱桥受力特点外，还具有空间效应。本文通过对斜靠式钢筋混凝土拱桥的整体进行计算之后，验算得到的成桥索力同设计索力相符合，在成桥状态时，桥梁各结构应力均不大于相应的设计强度，符合规范要求。