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大跨度下承式钢箱提篮拱桥设计摘要：下承式钢箱提篮拱桥兼具简支梁桥对地基的适应性及拱桥的跨越能力，又具有优美的线型及轻盈的外观，是目前大跨径城市桥梁中优先考虑的桥型方案。
本文结合韶关市金凤大桥的结构设计思路来探讨该类桥梁的设计要点及力学性能，为同类建设条件下的桥梁设计提供参考。
关键词：下承式钢箱提篮拱；应力验算；桥梁设计0 引言下承式钢箱提篮拱桥是由拱肋、吊杆、系杆、桥面系等组成的外部静定而内部超静定的桥梁结构[1]。
它保持了拱桥的力学特性及强大的跨越能力，同时拱圈的波浪造型又具有飘逸的美感，在现代城市桥梁中备受青睐。
与此同时，为了满足桥梁创新性发展需求，对钢箱提篮拱桥结构力学特性、抗震性能及创新改良方向的深入研究也成为当前重要的工程课题。
1 工程概况韶关市金凤大桥建设工程位于韶关市西河片区与十里亭片区交界处，路线呈南北走向，跨越武江连接省道S248，路线全长 1548米，为城市主干道，双向六车道。
桥位处武江桥面宽度达260m，为Ⅲ级航道，综合考虑桥位处路线走向与水流方向的夹角、通航净宽、桥墩紊流区[2]宽度等设计因素及经济性、景观性等客观因素，金凤大桥主跨采用下承式钢箱系杆拱桥方案，主跨跨径为185 m，设计速度50km/h，该处地震动峰值加速度为0.05g[3]。
2 主桥结构设计2.1 总体设计金凤大桥桥跨组合为2×30m+60m+185m+60m+3×30m，桥梁全长460m，主桥标准横断面为2.5m人行道+ 4m拱肋+3m非机动车道+11.5m机动车+ 0.5m防撞墙+11.5m机动车+ 4m拱肋+3m非机动车道+2.5m人行道=42.5m。
主桥为单跨185m 跨下承式钢箱提篮拱桥，引桥上部采用预应力混凝土现浇箱梁及简支钢箱梁，下部结构主墩采用门式墩，引桥采用方柱墩，桥台为柱式台、座板式台，桩基为钻孔灌注桩基础。
图1 主桥总体布置图（单位:cm）2.2 主桥上部结构设计主桥结构为提篮式钢箱拱，由矩形钢箱拱肋，分离式钢箱系梁，柔性吊杆与整体桥面系组成。
大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥温度效应分析大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥是指由钢管和混凝土共同组成的拱形结构，用于跨越较大的河流、高速公路等地形障碍物。
在桥梁的设计和施工过程中，需要考虑桥梁在温度变化下的影响，因为温度变化会导致桥梁结构的伸缩和形变。
本文将对大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥温度效应进行分析。
在大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥的设计过程中，桥面铺设预制混凝土树脂防滑层，钢管中填充混凝土，形成提篮状结构。
在实际使用中，桥梁会受到外界环境温度的影响，温度的变化会导致桥面和钢管的伸缩和形变。
因此，需要对桥梁在温度变化下的效应进行分析。
首先，我们来分析温度变化对桥面的影响。
当温度升高时，构成桥面的混凝土板会发生膨胀，使得桥面板的长度变长。
相反，当温度降低时，混凝土板会发生收缩，使得桥面板的长度变短。
这种长度的变化会导致桥梁产生伸缩应变，进而影响桥梁的整体稳定性。
因此，在设计和施工中，需要根据实际情况考虑混凝土板的伸缩系数，合理预留伸缩缝，以减小温度变化对桥面的影响。
其次，我们来分析温度变化对钢管的影响。
钢管具有较好的承载能力和抗弯刚度，能够有效支撑桥面的负荷。
然而，温度变化会导致钢管产生热胀冷缩的现象，从而引起钢管的伸缩和形变。
这种伸缩和形变会影响钢管与混凝土之间的粘结性能，进而影响整个提篮拱桥的稳定性。
因此，在设计和施工中，需要采取相应的措施来减小温度变化对钢管的影响，如在钢管和混凝土之间设置隔热层，以减小温度变化对钢管的传导效应。
此外，温度变化还会导致混凝土的收缩和膨胀。
混凝土的收缩和膨胀会使得桥面产生应力和变形，进而影响桥梁的整体稳定性。
因此，在设计和施工中，需要根据混凝土的收缩膨胀系数，合理选择混凝土的配比和材料，以减小温度变化对混凝土的影响。
综上所述，大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥在设计和施工过程中需要充分考虑温度变化对桥梁的影响。
在桥面、钢管和混凝土的选择和配比中，需要考虑温度变化对其造成的影响，合理安排伸缩缝，采取有效的隔热措施，以保证桥梁的稳定性和安全性。
GONGCHENGSHE J I收稿日期:２０２０Ｇ０５Ｇ０８;修改日期:２０２０Ｇ０６Ｇ１３作者简介:殷㊀涛(１９８８－),男,河南固始人,硕士,工程师．钢箱拱肋提篮拱桥设计分析殷㊀涛,㊀丁㊀楠(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司;公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心,安徽合肥㊀２３００８８)摘㊀要:系杆拱桥具有建筑高度小,造型优美,材料用量小,是中小跨度航道上常见的结构形式.提篮拱造型在结构景观效果和结构稳定性有较大的优势.本文介绍了涡阳县内钢箱拱肋提篮拱[１,２]的设计情况,并对主桥的结构强度㊁刚度㊁稳定性等进行了计算分析,取得了良好的设计效果.关键词:提篮拱;系杆拱;钢桥设计;端横梁;薄层桥面铺装中图分类号:U ４４８．２２＋３㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７３Ｇ５７８１(２０２０)０５Ｇ０８４４Ｇ０４０㊀引㊀㊀言本桥坐落于安徽省涡阳县东部,是涡阳县城东北部跨越涡河的关键节点.大桥的建设对完善涡阳东部城区路网结构和构筑未来涡阳快速外环体系具有重要意义.１㊀主要技术标准[３,４](１)道路等级:一级公路(兼城市道路功能).(２)设计速度:６０k m /h.(３)汽车荷载等级:公路－I 级,人群荷载按规范取３．０k N /m ２.(４)航道等级:规划Ⅳ级,通航净空为９０mˑ８m .最高通航水位(１０年一遇)为２９．８５m .(５)桥面宽度:行车道单侧宽１３m ,吊杆区单侧宽度２．５m ,单侧人非混合道宽４．５m (含护栏).全宽４０．０m .(６)桥面横坡:双向２％.(７)桥面纵坡:＋２．５０％(小桩号)㊁－２．４８３％(大桩号),主桥跨中处竖曲线半径R ＝５３００m .２㊀桥梁方案及构造设计２．１㊀桥梁的总体方案[５]为了减少引桥规模,同时方便两岸行人通过,桥梁建筑高度宜较低,同时兼顾市区内景观要求,经综合比选后选用下承式系杆拱桥,如图１所示.该桥涡河大桥主桥全长１５３．９m ,为下承式钢箱提篮式系杆拱桥,如图２所示.主拱肋采用双片钢箱拱,主跨采用正交异性钢桥面板,吊杆采用热挤聚乙烯高强钢丝拉索．全桥从桥面上看两拱肋均向内倾斜１２ʎ,风撑为掏椭圆孔的异形箱梁,桥梁整体结构新颖简洁,空间开阔㊁通透,车辆在桥面行驶时能感觉到视觉冲击和时代气息,体现现代桥梁建筑艺术与古人思想的融合之美.图１㊀桥梁效果图图２㊀总体布置图２．２㊀拱肋设计拱肋为等截面钢箱结构,截面高度为２．３５m ,横向宽度为１．８５m .拱肋腹板厚度为３０m m ,顶底板厚度为３０m m .拱肋中心线为二次抛物线形,理论拱轴线脚点位于主纵梁截面中心线上,纵向间距为１５０m ,在拱轴面内拱肋中心线矢高为３０m ,矢跨比为１ʒ５.横桥向拱肋中心线间距从拱脚中心点处２９．６m 至跨中位置为１７．１２６m .双片拱肋间通过４个大小不同的椭圆孔的异形箱梁风撑进行连接,以保证拱肋的横向稳定性.２．３㊀桥面板设计桥梁主跨行车道桥面系采用U 形正交异性钢桥面板结构形式,桥面板厚度为１８m m .桥面板由４根倒T 型小纵梁进４４８GONGCHENGSHE J I行支撑,间距为５．１m .外挑的人非混合桥面系顶板厚度为１２m m ,采用Ⅰ型加劲肋.桥面系横梁采用整板式的横隔板,分普通横梁及吊杆区横梁２种,间距为３．０m．主桥标准横断面如图３所示.图３㊀跨中桥面横断面图２．４㊀主纵梁设计主桥主纵梁高２．２m ,宽３．２m .纵梁内横隔板与桥面系横隔板位置一一对应.全桥钢箱梁共分为２６个梁段,节段标准长度为６m ,拱脚处节段长度为６．５m .２．５㊀端横梁设计[６,７]主梁端横梁是全桥结构的关键部位之一,如图４所示,也是构造和受力最复杂的部位.这里处于主梁端横梁断面与标准段过渡区域,即主梁和拱肋结合的部位,也是主梁系杆锚固的位置,同时承受巨大的支座反力.此外,还要在桥头横隔板外侧设置伸缩缝支撑肋.图４㊀端横梁示意图端横梁高３．０m ,跨中顺桥向宽３．０４m ,横桥支座中心线总宽２９．１３５m .该处需要经过精心布置,既要保证合理安全地传力,又要避免构造上的矛盾,方便施工.２．６㊀吊杆设计吊杆直接承受来自钢桥面的恒载㊁汽车及人群等活载,是下承式拱桥传力链中的重要一环.吊点标准中心距为６m .横桥向在钢纵梁内设锚拉板,采用双侧叉耳吊杆,吊杆中心线向内偏移１２ʎ.吊索上端通过拱肋内锚箱张拉固定.吊索采用热挤聚乙烯高强钢丝拉索.考虑到疲劳㊁吊装及可更换性,吊索设计安全系数取值为２．５.２．７㊀系杆设计涡河大桥系杆索由高强度低松弛镀锌防腐预应力钢绞线制成,外包H D P E 保护层,共８根,单侧４根,设在钢纵梁内,锚固在拱脚支座附近.钢绞线系杆索设计安全系数为２．０.２．８㊀桥面铺装设计通过对钢桥面铺装方案比选分析,涡阳大桥主桥的行车道桥面铺装采用超薄层钢桥面铺装,薄层铺装是由磨耗表层(改性聚合物)＋抗裂弹性中间层(改性聚合物)＋防水黏结层(改性聚合物㊁具有钢桥面板防腐功能)组成.铺装总厚度为１２m m .２．９㊀下部结构设计主桥过渡墩采用三柱式桥墩,桥墩中心线与主桥支座中心线对齐,桥墩直径４．０m .桥墩盖梁采用高低盖梁形式,盖梁顶高差１．１m ,总高３．６m ,总宽４．３m .主墩基础采用承台接群桩基础.３个分离的钢筋混凝土承台间通过系梁连接,承台高度３．５m ,承台下采用１０根直径２．０m 的钻孔灌注摩擦桩.３㊀结构分析３．１㊀静力分析建立全桥离散模型,如图５所示,按照现行公路桥梁规范对主桥总体和局部进行静力分析.验算的内容有主拱肋强度㊁主纵梁强度㊁小纵梁强度㊁横梁强度㊁桥面板强度和疲劳应力㊁端横梁局部应力㊁吊杆力㊁系杆力㊁主拱肋和主梁变形㊁成桥和施工阶段稳定性㊁主拱肋局部稳定计算等.经计算,该桥强度㊁刚度等能均能满足规范要求,主要部分计算结果如图６~图８所示.图５㊀全桥离散模型图图６㊀拱肋及主梁上㊁下缘应力包络图(单位:M P a)５４８GONGCHENGSHE J I图７㊀拱肋及主梁竖向位移(单位:m m)图８㊀端横梁局部分析３．２㊀结构动力特性主桥的前四阶动力特性分析结果如图９~图１２所示.图９㊀一阶竖向反对称振型(f＝２．５H z)图１０㊀二阶竖向正对称振型(f＝６．４H z)图１１㊀三阶扭转振型(f＝８．７８H z)图１２㊀四阶扭转振型(f＝８．８４H z)３．３㊀整体稳定性分析[８]不考虑活载,前四阶失稳模态及特征值系数如图１３~图１６所示,该桥的稳定性能满足规范要求.图１３㊀一阶失稳模态(特征值１４．１７)图１４㊀二阶失稳模态(特征值１４．２５)图１５㊀三阶失稳模态(特征值１７．０７)图１６㊀四阶失稳模态(特征值１９．４７)４㊀结㊀㊀论(１)系拱桥桥型可以很好地满足跨度大㊁建筑高度小的桥型要求,同时也缩短了引桥和坡道长度,实现了桥两边与相交道路的顺利衔接,优化了两侧土地的使用,也降低了工程总造价.(２)该桥的建筑景观设计选用恰当的拱肋矢高比和内倾角,风撑采用带椭圆孔的形式,整座桥造型新颖别致,线形流畅简洁.桥梁建成后,成为当地的新地标.(下转第８４９页)６４８GONGCHENGSHE J I４㊀结束语细节处理在集装箱房安装过程中处处可以体现,也处处具有发掘的空间,每个部位有多种多样的处理方式,这就要我们伴随着集装箱的升级不断去创新,不断去总结.通过各个细节的完善,美观大方的集装箱房建筑就形成了,也是具有一定的推广使用意义[９].细节决定成败,本文通过对集装箱房关键细部处理的分析,让大家了解产品实际安装过重中的处理办法,也让大家明白细部处理的重要性.只有将细节全部完善了,才能带来耳目一新的效果.先进的设计理念和过硬的产品质量,让集装箱房经受住了各种考验,在各项目工地逐渐涌现使用.其在大江南北的项目现场筑起了一道道亮丽的风景线,更为项目实现安全文明工地做出了积极贡献.参考文献[１]㊀张大宝,赵飞,亓群．钢框架片体装配式集成房屋的研究与应用[J]．建筑技术,２０１８,４９(S１):７９－８０．[２]㊀王蔚,魏春雨,刘大为,等．集装箱青年公寓建筑设计研究[J]．新建筑,２０１１(３):２９－３４．[３]㊀董君,崔海苹．新型绿色集装箱建筑的设计艺术[J]．工业建筑,２０１６,４６(４):１６９－１７１．[４]㊀刘华存．集装箱房屋室外散件模块化设计方案[J]．集装箱化,２０１４,２５(７):１８－１９．[５]㊀黄科．集装箱房屋市场方兴未艾[J]．集装箱化,２００９,２０(２):２８－３１．[６]㊀熊宸旨．新型绿色集装箱建筑设计艺术研究[J]．居业,２０１７,９(１１):８０,８２．[７]㊀崔海苹．集装箱建筑的造型设计研究[D]．哈尔滨:东北林业大学,２０１６．[８]㊀陈世云．箱式集成房构件和整体的优化设计研究[D]．哈尔滨:哈尔滨工业大学,２００９．[９]㊀张汝婷．集装箱建筑案例分析[D]．西安:西安建筑科技大学,２０１７．(上接第８４３页)３．２㊀管廊地下 拐出段 与沿线用地本工程中综合管廊在桥头处 拐出 ,而道路红线并未相应拓展.这就为后期地块设计留下了限制条件.因此,在类似项目初步设计报建阶段,应申请将地下综合管廊 拐出 部分占地纳入红线范围,以避免后期地块建设与管廊建设的冲突.４㊀结㊀㊀论与常规管线的布设方式相比,综合管廊无论在安全性㊁经济性㊁城市管线的综合管理以及城市环境保护等方面,都有明显的优势,它是保证城市具有可持续发展能力的重要基础设施,已成为２１世纪城市现代化建设的趋势和潮流.[５]论文以宁波杭州湾新区玉海西路综合管廊为例,简要介绍了管廊设计全过程,并提出了设计过程中遇到的典型问题,供今后同类设计项目参考.参考文献[１]㊀冯春红．城市综合管廊的建设规划探讨 以泰州某高校新校区为例[J]．泰州职业技术学院学报,２０１５,１５(３):６１－６３,６８．[２]㊀刘文峰,尹力文．谈南京河西新区江东南路综合管廊设计[J]．山西建筑,２０１４,４０(３６):１３２－１３４．[３]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部．城市综合管廊工程技术规范:G B５０８３８－２０１５[S]．北京:中国计划出版社,２０１５．[４]㊀陈宏云,张杰,张娱,等．道路交叉口交通事故预防的视觉方法探讨[J]．公路交通科技(应用技术版),２０１９,１５(８):２８０－２８２．[５]㊀陈永刚．城市市政综合管沟应用规划探讨 以西安沣渭新区为例[J]．城乡建设,２０１０(７):３８－３９．(上接第８４６页)(３)端横梁为拱梁结合段,受力要求高且复杂,钢板纵横交错.精心设计的方案,既保证了合理安全地传力,又避免了构造上的矛盾,方便施工.(４)该桥桥面铺装采用了钢桥面超薄层铺装,不仅可以有效减轻桥梁横载,提高安全储备,延长使用寿命,同时薄层桥面铺装还具有优良的抗滑㊁耐磨㊁耐久㊁施工简单㊁便于养护的特点.参考文献[１]㊀徐君兰,孙叔红．钢桥[M]．２版．北京:人民交通出版社,２０１１．[２]㊀吴冲．现代钢桥[M]．北京:人民交通出版社,２００６．[３]㊀中华人民共和国交通运输部．公路桥涵设计通用规范:J T G D６０－２０１５[S]．北京:人民交通出版社,２０１５．[４]㊀中华人民共和国交通运输部．公路钢结构桥梁设计规范:J T G D６４－２０１５[S]．北京:人民交通出版社,２０１５．[５]㊀陈不华,卢书勇．钢箱造型拱桥设计理论与实践[J]．工程技术(文摘版),２０１５(３１):２１５－２１７．[６]㊀叶梅新,余山川,谢晓慧．１４０m下承式钢箱系杆拱桥拱脚局部模型试验研究[J]．黑龙江科技信息,２００８(３４):３４５．[７]㊀户东阳,何旭辉,秦红禧．大跨度钢箱提篮拱桥拱脚过渡段局部应力分析[J]．公路交通技术,２０１１,２７(１):５７－６０．[８]㊀刘智慧,喻光勇．大跨度钢箱拱桥稳定及极限承载力研究[J]．西藏科技,２０１０(９):６２－６４．９４８。
钢拱肋提篮拱桥内倾角对横向稳定的影响摘要：以某三跨中承式钢拱肋拱桥为原型，采用有限元分析方法，研究了钢拱肋提篮拱桥的拱肋侧倾角对横向稳定的影响。
结果表明：随着内倾角的增大，横向稳定系数增大；并且存在一个合理内倾角，在满足稳定性要求的同时也有一定的经济性。
关键词：有限元；提篮拱；稳定系数；合理内倾角；0引言随着跨度的增大，拱桥的宽跨比迅速减小，其横向稳定问题显得越来越突出。
特别是大型拱桥，很多都是横向稳定控制[1]。
提篮拱桥通过将拱肋向桥轴线方向倾斜而形成空间拱式结构，从而提高整体横向稳定性。
但是，内倾角也不是越大越好。
当内倾角达到一定程度之后，拱顶间距过小，该处拱肋组合横向刚度过小，反而会降低拱桥的整体稳定性[2]。
因此，对于提篮拱桥来说，存在一个合理的内倾角，使得拱桥整体稳定性最好，而且有一点的经济性。
目前，国内外学者对钢管混凝土拱桥的横向稳定研究很多，但是对于钢箱拱肋的三跨飞燕式拱桥的侧倾角对于横向稳定的影响研究较少。
本文即以某钢拱肋飞燕式提篮拱桥为例，采用有限元方法，对以上问题进行研究。
1稳定性分析的基本理论结构失稳有两种根本不同的形式，即分支点失稳和极值点失稳，对应两类分析方法：第一类为线弹性特征值屈曲问题，用于确定一个理想弹性结构的理论屈曲强度；第二类为极值点问题，即考虑了结构几何非线性和材料非线性情况下的极限承载力问题。
两类问题有良好的相关性，第一类往往代表着第二类稳定性问题的上限，所以工程中通常以第一类稳定问题的计算结果作为设计的依据。
具体对于拱肋来说，由于其是一种主要承受压力的平面曲杆体系，因此，当拱肋所承受的荷载达到一定的临界值时，整个拱肋就会失去平衡的稳定性：或者在拱的平面内发生纯弯屈曲，或者倾出平面之外发生弯扭侧倾。
2计算模型的建立（1）桥梁简介本桥全长300m（伸缩缝中心线间距），跨径布置为45m+210m+45m，为三跨飞燕式系杆提篮拱桥，整体造型优雅美观。
主跨理论跨径210m，矢高为48m，矢跨比为1/4.4，设计拱轴线采用二次抛物线。
大跨径拱桥的发展现状及拱桥向特大跨径发展面临的问题与挑战道桥1201班 U201215560 陈志强摘要：随着高强高性能混凝土、新型钢材等材料的开发,新型结构的应用以及施工工艺的不断进步,使得大跨径拱桥的修建成为可能。
本文简单介绍了特大跨径拱桥的发展现状，对拱桥向特大跨径发展的优势和面临的问题进行了分析，并作出展望。
关键字：大跨径拱桥发展减轻自重结构优化施工方法一、大跨径拱桥的发展现状拱是桥梁最基本的结构形式之一，已经过2500多年的发展。
工程师的创造性劳动、社会的进步、材料与新技术的发明与应用使拱桥技术得以不断发展。
已有的桥梁是未来设计的唯一借鉴,因此对已建桥梁进行评价是桥梁设计研究的最主要内容。
桥梁技术的每一个进步都应建立在前辈的思想与实践基础之上,根据当代材料、分析手段和施工技术的可能性进行探索与新。
当然土木工程的进步,除了科学知识与经验外，技术人员的创造性也是非常重要的。
在我国桥梁系列中，拱桥作为一种古老的桥式以其跨越能力大、承载能力高、可用地方材料、造价经济、养护维修费用少、造型美观等特有的技术优势而成为建筑历史最悠久、竞争力较强。
并且常盛不衰，不断发展的桥梁形式。
据统计，中国已建单跨100m以上的拱桥115座之多。
拱桥仍是我国大跨度桥梁的主要桥型之一。
我国拱桥的发展，可粗略地分为四个阶段。
第一阶段是50年代到60年代中．绝大多数是中小石拱桥，当时也研究过片石混凝土拱桥等，但未能推广。
最大跨度拱桥是1961年建成的云南南盘江上的长虹桥(单跨112．5m空胶式石拱桥)。
第二阶段是60年代中至70年代，主导桥型是低配筋双曲拱桥。
由于双曲拱桥耗用钢材少，施工中能化整为零，需要起重设备少，易于当时搞群众运动，因而得到飞速发展。
当时也研究过中小跨径混凝土预制块拱、二铰拱等少筋拱桥。
最大跨度是1968年建成的河南嵩县前河大桥(跨度150m，双曲拱桥)。
第三阶段是70年代末到80年代，主导桥型是大中跨预制钢筋混凝土箱(肋)型拱桥。
总第202期95公路与 汽运Highzvays 4 Automotive Applications大内倾角钢箱提篮拱几何非线性稳定分析吴海军，唐海淘，何立（重庆交通大学土木工程学院,重庆 400074）摘要：以一座中承式大内倾角钢箱梁提篮拱桥为研究对象，考虑几何非线性的影响，就矢跨比、拱肋内倾角对提篮拱稳定特性的影响进行分析%结果表明，对于该提篮拱肋（内倾角为21.7°）, 考虑几何非线性后，其稳定性能下降十分明显，各方向下降幅度均在30%以上，且矢跨比越小，几 何非线性的影响越大，偏于不安全，设计时应考虑几何非线性的影响；随着提篮拱肋内倾角的增大，竖向稳定性能不断增强，内倾角大于20。
时增长不明显；对于内倾角为10。
〜15°的提篮拱，考虑 几何非线性影响后，其横向稳定性能提升明显，为其线性屈曲结果的数倍，该情况下不考虑几何非线性偏于安全％关键词：桥梁；提篮拱；稳定性分析；内倾角；失跨比；非线性中图分类号:U441 文献标志码:A 文章编号：1671 —2668（2021）01 —0095 —04近年来，城市桥梁设计越来越注重文化传承和 美学设计，钢箱梁提篮拱桥以其优美的造型、良好的 经济指标而成为一种热门桥型方案，研究提篮拱的空间稳定性愈发重要％彭容新等对箱形拱肋提篮拱 桥的非线性稳定性进行研究，得出拱肋结构的稳定性由横向稳定决定，成桥阶段荷载作用下的稳定性 则由拱肋结构的竖向稳定决定；同时发现内倾角为15。
时，考虑几何非线性时横向稳定性的临界失稳荷载是其特征值的数倍％曹正洲等对影响结构整体稳 定性的因素进行研究，得出拱肋内倾角变化对稳定性的影响较大，内倾角增大，结构1阶稳定系数增 加，但过大的内倾角将导致拱肋扭转失稳#随着矢跨比（宽跨比）的增加，结构1阶稳定系数增大（减小）；横撑、吊杆布置形式对结构稳定性的影响较小％张庆明等研究内倾角对提篮拱稳定性的影响，得出不 考虑非线性影响时，内倾角以10。
铁道建筑Railway Engineering January，2011文章编号：1003-1995（2011）01-0008-04大跨度单线铁路连续梁拱桥施工仿真及稳定分析石岩1，秦洪果1，刘永前2（1.石家庄铁道大学土木工程学院，石家庄050043；2.石家庄铁道大学大型结构健康诊断与控制研究所，石家庄050043）摘要：以一大跨度连续梁拱桥为工程背景，通过对全桥施工阶段仿真模拟和稳定分析，研究架设拱肋后各个阶段主梁的位移、内力、拱肋应力以及梁拱结构的稳定性。
研究结果表明，拱肋架设和吊杆张拉使主梁的内力和位移发生较大变化，且主梁边跨和中跨的变化趋势不同；施工过程中桥梁结构整体稳定性良好，并提出了拱肋浇筑时的最不利情况。
关键词：连续梁拱桥钢管混凝土拱桥哑铃形截面施工仿真稳定性分析中图分类号：U441文献标识码：A大跨度钢管混凝土连续梁拱桥的施工，体现了连续梁悬臂施工法和钢管混凝土施工的双重特点。
结构的刚度随着施工阶段逐渐组合而成，整个施工过程复杂而漫长，因此有必要对其施工过程进行仿真模拟分析，提出施工过程中的重点控制环节：①对“先梁后拱”连续梁拱桥施工，主梁的施工过程直接影响成桥的线形，故根据各个施工阶段的内力和挠度变化特点，准确预测预拱度设置值；②揭示拱肋钢管混凝土截面的应力发展规律；③通过结构稳定性分析，了解梁拱的失稳特性及薄弱部位，保证施工的顺利进行；④通过施工过程仿真分析，合理开展施工监控，提高对施工的科学管理，保证施工的顺利进行［1-2］。
本文以在建宿州至淮安铁路京杭运河特大桥主桥为工程背景，该桥采用（62+132+62）m预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱肋组合形成下承式梁拱组合结构桥梁，是目前国内同类桥型中跨度最大的单线铁路桥梁［3］。
主梁采用单箱单室预应力混凝土连续梁，拱肋采用钢管混凝土（哑铃形截面），拱轴线为二次抛物线，全桥共设3道一字撑和4道K撑；全桥共设14对吊杆，顺桥向间距8m。
文章编号:1003-4722(2011)01-0043-05大跨径钢箱提篮拱桥空间稳定性分析曹正洲,冯玉涛,沈逢俊(重庆市交通规划勘察设计院,重庆401121)摘 要:随着提篮拱桥跨径的增加,其空间稳定性问题愈发突出,为对大跨径提篮拱桥稳定性以及各稳定性影响因素进行分析,可采用线性屈曲和非线性屈曲2种方法。
重庆朝阳复建桥为主跨274m的中承式钢箱提篮拱桥,通过建立空间有限元模型对结构线弹性稳定及几何非线性稳定进行分析表明:考虑几何非线性因素后结构的1阶稳定系数显著减小,几何非线性对结构稳定性影响显著。
对影响结构整体稳定性的因素进行计算分析表明:拱肋内倾角变化对稳定性影响较大,提篮拱内倾角增大,结构的1阶稳定系数增加,但过大的内倾角将导致拱肋扭转失稳;随着矢跨比(宽跨比)的增加,结构的1阶稳定系数增大(减小);横撑、吊杆布置形式对结构稳定性影响较小。
关键词:提篮拱桥;稳定性;有限元法;分析中图分类号:U448.22;TU311.41文献标志码:AAnalysis of Spatial Stability of Long SpanSteel Box Basket Handle Arch BridgeCAO Zheng zhou,FENG Yu tao,SHEN Feng j un(Chong qing City T ranspo rt P lanning,Surv ey and Desig n Institute,Cho ng qing401121,China)Abstract:With the increase of span length of basket handle arch bridg e,the problem of spa tial stability o f the bridge becomes even more prominent.For analy sis o f the stability and the fac tor s having influence on the stability of long span basket handle arch bridg e,tw o m ethods o f the linear buckling analysis and no nlinear buckling analysis may be used.The Chaoy ang Rebuilt Bridge in Chong qing is a half thro ug h steel bo x basket handle arch bridg e w ith a m ain span274 m.The linear elastic stability and geometric nonlinear stability of the str ucture ar e analy zed,u sing the spatial finite elem ent models.T he results o f the analysis show that as the geometric non linear factors are taken into account,the1st order stability coefficient of the structure apparently decreases and the influence of the g eo metr ic nonlinear ity on the stability o f the structure is appar ent.T he factor s having influence o n the global stability o f the structure are also calculated and analyzed.T he results of the calculation show that the influence of variatio ns of the leaning angle of arch rib on the stability is g reat.As the leaning angle of the basket handle ar ch increases,the 1st order stability coefficient increases,how ev er,the too big leaning angle w ill result in the tor sional instability o f the rib and as the rise to span ratio(w idth to span ratio)increases,the1st order stability co efficient increases(decreases).T he influence of the arrangement way s o f lateral bracing s and hangers on the stability of the str ucture is little.Key words:basket handle arch bridge;stability;finite elem ent m ethod;analy sis收稿日期:2010-05-21作者简介:曹正洲(1951-),男,教授级高工,1980年毕业于重庆建筑工程学院道桥系,1990年毕业于重庆交通学院桥梁工程系,工学硕士(fytao@)。
1 引 言近年来,随着拱桥施工技术的进一步提高,提篮拱桥作为一种极富美学价值的桥型,不仅具有一般平行拱桥的优点,而且还具有改善平行拱的静力图式[1,2]、提高结构横向刚度、良好的抗震性能以及整体稳定性,并能有效解决施工中面外的稳定性等独到优势而深受设计师们的青睐。
但随着跨径的增加和拱肋的轻柔化,其稳定性对整个桥梁的安全影响度增大,有时还成为设计方案成立与否的关键问题。
基于此,本文结合拱桥结构的受力特点,对提篮拱桥稳定性的研究方法做了进一步的分析;并以重庆朝阳复建桥为例,通过建立有限元计算模型,对其空间稳定性进行了研究;在此基础上,分析了大跨径提篮拱桥稳定性的影响因素,并对各影响因素进行了对比分析,既为该桥的顺利实施提供技术保障,也为今后同类型桥梁的建设提供借鉴和参考。
2 整体稳定性的分析方法拱桥作为压弯结构,其结构失稳包含两大类:一类是极值点失稳,另一类是分支点失稳。
对于一般的拱桥结构,其受力以面内为主,面内失稳以极值点为主;而对于宽跨比较小的提篮拱桥结构,既可能发生面内失稳又可能发生面外失稳,即空间失稳,空间失稳以分支点为主[3]。
由于分支点失稳可采用求特征值的方法求得,因此,该方法具有广泛的实际意义。
对于复杂拱桥结构的稳定性问题,目前一般采用有限元理论进行分析,主要有线性屈曲和非线性屈曲2种[4]。
2.1 线性屈曲根据线性屈曲理论,拱桥结构在外荷载作用下的特征方程为:([K t ]+ [K g ]){ }=0(1)式中,[K t ]为弹性刚度矩阵;[K g ]为几何刚度矩阵;{ }为位移增量列阵; 为特征值(稳定系数)。
要使式(1)有非零解,则应有|[K t ]+ [K g ]|=0(2)此时, 将趋于无穷大,结构失去稳定性。
假定式(1)有n 阶,则式(2)必有n 个特征解。
对于实际工程而言,只有最小解才有意义,因而,在分析桥梁结构的稳定性时,可以只考虑1阶特征值的大小。
2.2 非线性屈曲考虑几何非线性后,拱桥结构的非线性方程为:([K t ]+[K L ]+[K g ]){ }={F}(3)式中,[K t ]为弹性刚度矩阵;[K L ]为位移矩阵;[K g ]为几何刚度矩阵;{ }为节点位移列阵;{F }为等效节点荷载列阵。
式(3)的求解方法主要有:增量法、迭代法和混合法。
3 朝阳复建桥的稳定性分析3.1 工程概况重庆朝阳复建桥全长376m,主跨为长274m 的中承式钢箱提篮拱桥,主拱肋内倾角为9 ,拱轴线在其所在平面内为悬链线,拱轴系数m = 1.3,矢跨比为1/4.4,矢高为62.3m,桥宽22.5m 。
主拱肋采用箱形截面。
边跨采用简支钢叠合梁。
桥跨总体布置如图1所示。
3.2 空间有限元模型应用M IDAS Civil 程序对朝阳复建桥建立有限元计算模型,对该桥的成桥状态进行了特征值稳定性分析。
根据该桥的结构特点和施工工艺要求,在图1 重庆朝阳复建桥总体布置有限元建模中,充分考虑了拱箱内有横隔板和加劲肋,以及拱上建筑和桥面纵坡、横坡的影响。
主拱肋、肋间横撑、拱上建筑及各种加劲采用空间梁单元模拟,桥面系结构亦采用空间梁单元模拟,吊杆采用杆单元模拟,桥面铺装、人行道和栏杆采用等效荷载替代。
结构离散后,全桥共有梁单元260个,杆单元84个,节点343个,两岸拱脚固结,计算模型如图2所示。
图2 重庆朝阳复建桥空间有限元模型3.3 线弹性稳定分析首先对大桥进行线弹性稳定分析。
根据线性屈曲理论,研究大桥成桥后运营阶段桥梁在恒载、恒载与活载共同作用下的稳定性。
计算考虑以下4种不利工况: 工况1,恒载(包括结构自重和二期恒载); 工况2,恒载+全桥满布活载; 工况3,恒载+全桥半跨满布活载; 工况4,恒载+半桥满布活载。
各工况下大桥的1阶失稳特征值如表1所示,1阶失稳模态如图3所示。
表1 各工况下桥梁1阶稳定系数及失稳模态特征工况1阶稳定系数失稳模态特征失稳模态图1 5.961面外反对称失稳图3(a)2 5.491面外反对称失稳图3(b)3 5.716面外反对称失稳图3(c)45.678面外反对称失稳图3(d)图3 工况1~4的1阶失稳模态从表1和图3可以看出,线弹性状态下,大桥4种工况下的1阶失稳模态均为面外反对称失稳。
工况2、工况3和工况4的稳定系数分别比工况1减少了7.9%、4.1%和4.7%。
由此可见,大桥在成桥的运营阶段,活载对大桥的整体稳定性影响不大,决定大桥整体稳定性的主要因素在于大桥自身的结构、构造和恒载。
3.4 几何非线性稳定分析当结构产生位移,且几何形状发生明显变化时,就应当考虑结构的几何非线性问题。
为了研究几何非线性对大桥稳定性的影响,根据非线性屈曲理论计算的上述4种工况下结构几何非线性稳定系数分别为:5.378、4.912、5.072、5.036,失稳模态均为面外反对称。
与表1对比可知,考虑几何非线性后,结构的1阶稳定系数相比线弹性条件下的1阶稳定系数显著减小,因而,几何非线性对结构稳定性的影响是不容忽视的。
