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研究探讨 Research348 大跨度钢桁架拱桥悬臂拼装施工关键工序技术研究霍振东 赵云鹏(中交三航局第二工程有限公司)中图分类号：G322 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2020）01-0348-01摘要：本文以清水塘大桥上部结构施工为例，通过数值分析手段，从成桥阶段反推至关键施工阶段，确认大跨度拱桥悬臂拼装施工控制参数，为同类型桥梁施工参数提取提供参考技术路线。
关键词：钢桁架拱桥；数值分析；施工控制清水塘大桥为主跨408m 中承式钢桁架系杆拱桥，上部结构施工采用爬拱吊机悬臂拼装工艺[3]，为求得关键施工控制参数，建立清水塘大桥成桥模型，通过倒拆和正装迭代分析进行施工阶段计算，并辅以未知系数求解等分析手段，求得满足拱肋无应力合龙条件下的施工控制参数。
图1 清水塘大桥整体立面图及平面图1.2吊装系统设计清水塘大桥上部结构采用爬拱吊机施工工艺，通过扣挂系统和边跨压载以平衡主支点处不平衡力矩。
扣挂系统由塔架、扣索和缆风组成，塔架铰接于主支点处上弦杆，扣索锚固于塔架顶部和拱肋上弦杆之间，缆风索位于塔架中部。
采用MidasCivil 建立成桥模型，进行倒拆和正装迭代分析，得到最不利工况下的施工阶段模型，即由拱肋合龙前的最大悬臂工况确定施工参数。
2 求解施工参数采用未知系数法进行求解扣索初拉力和边跨压载值，通过Midas 程序内部自动求解以及手动优化求解两部分内容，将扣索初拉力和压载值设为未知系数并满足下述条件：（1）扣索在塔顶部的水平力基本平衡； （2）拱肋合龙线形达到合龙要求；（3）整体结构强度、刚度和稳定性满足要求。
图2 未知系数法求解扣索初张力和边跨压载系数采用未知系数法进行求解，根据图5 计算结果，边跨压载系数为30，并考虑1.3倍抗倾覆系数，边跨压载值为1237.5×30×1.3=48262.5KN。
利用3.3中未知系数法求得的初拉力系数，在正装模型中输入初拉力，得到合龙结构体系中扣索的索力，见图6所示计算结果。
王金磊,等:大跨度上承式钢箱桁肋拱桥设计 谥加齐缶州加淼I!用韶设大跨度上承式钢箱桁肋拱桥设计王金磊，窦巍（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230088）摘要:本文结合宜宾至昭通高速公路彝良（川滇界）至昭通段白水江特大桥，通过对主跨330m ±承式钢箱桁肋拱桥结构尺寸及结构性能进行分析，建立全桥的有限元模型,计算结果表明受力指标均满足规范要求。
关键词:高速公路;上承式钢箱桁肋拱桥;有限元模型中图分类号:U44& 22+4文献标识码：A文章编号：1673-5781（2019）01-0045-030引 言钢桁架拱桥具有跨越能力大、承载能力的高特点，在山区 高速公路对于跨越典型“V ”形谷地形具有很大优势⑴。
依托云南省云南省宜宾至昭通高速公路彝良（川滇界）至昭通段白 水江特大桥为实例，对其方案、结构尺寸、受力性能进行研究分 析,为同类桥梁设计提供有价值参考。
1工程背景及方案设计白水江特大桥跨越一深切“V ”字形河谷，河谷两岸呈陡坎地形，自然坡度45°〜82°。
桥面与水面高差272m,道路设计线与地形交线宽度446m 。
桥梁方案设计时,由于两岸边坡陡峭，桥墩基础难以设立，从墩高与跨径协调的角度出发，适宜的主跨布置应在260m 以上,可供选择的主桥桥型主要有连续刚 构、斜拉桥、矮塔斜拉桥、拱桥和悬索桥。
结合总体路线，考虑结构受力要求和施工工艺复杂程度，兼 顾经济，并注重与周边环境的整体协调,经综合比选后，拟定的方 案是330m 上殿钢箱桁架拱桥。
白水江特大桥全长755. 8m,桥跨布置为:11 X 30m （预制T 梁）+ 22X16m （上承式钢箱桁肋拱桥，其中主拱圈跨径为 330m ） + 2X33. 5m （预制T 梁），其中主桥跨越白水江所在峡谷。
2主桥结构设计2.1主桥总体设计白水江特大桥主桥桥面系统跨径布置为22X16 = 352m,主拱圈跨径330m,上承式钢箱桁肋拱桥，计算跨径330m,矢高60m,矢跨比1/5. 5,拱轴系数1. 5。
![铁路大跨劲性骨架钢筋混凝土拱桥设计QC成果[详细]](https://img.taocdn.com/s1/m/ed21fb3b5ef7ba0d4b733b83.png)
20__年度全国工程建设优秀QC小组成果材料铁路大跨劲性骨架钢筋混凝土拱桥设计研究铁路大跨劲性骨架钢筋混凝土拱桥设计QC小组中铁第一勘察设XX公司二O一六年三月西安目录一、小组概况 (1)二、工程概况................................................................................ 错误!未定义书签。
三、选题理由 (2)四、设定目标................................................................................ 错误!未定义书签。
五、提出各种方案并确定最佳方案 (5)六、制定对策 (15)七、实施对策 (16)八、确认效果 (22)九、标准化 (23)十、今后打算 (23)一、小组概况铁路大跨劲性骨架钢筋混凝土拱桥设计QC小组成立于20__年10月,共有成员7名,其中组员5名,技术顾问2名,小组成员平均年龄36岁。
全组成员均接受TQC教育达48小时以上,满足教学大纲要求,成员表如下:表1 QC小组成员表,其中还组织了调研、研讨及讲座活动,本课题为创新型。
小组成员组成和知识结构合理,成员大多是生产一线的中坚力量,具有丰富设计经验,思维活跃,是一支具有创新能力、勇于承担挑战的队伍。
本课题完成于20__年11月课题,该成果用于设计,其设计文件通过了专家审查,于20__年1月取得成果。
二、工程概况祁家渡黄河大桥为180m铁路上承式劲性骨架混凝土拱桥,该桥主桥位于直线上,平坡,为Ⅰ级单线铁路,设计行车速度120km/h。
工点位于黄河峡谷区,桥址处地形狭窄,黄河沟谷呈典型的“V”字型,两岸的坡面陡立,基岩裸露,陡立的岸坡顶部为黄土缓陵地貌,坡面顺直,多成狭长的黄土梁地貌及坡顶浑圆的黄土茆地貌形态,局部发育有黄土冲沟,冲沟宽浅、坡面陡立。
桥位位于刘家峡水电站大坝上游约4.6 km处,其上游约1km处为祁家黄河渡口,距XX市75公里。
武广客运专线大跨度下承式钢箱系杆拱桥试验研究的开题
报告
一、研究背景
钢箱梁是现代桥梁建设中常用的结构形式之一，其优点为刚度大、强度高、重量轻、施工快等，在高速铁路建设中得到了广泛应用。
武广客运专线大跨度下承式钢箱系杆拱桥是武汉至广州高速铁路重要桥梁之一，考虑到其长期使用和对行车环境的要求，需要对其结构形式及性能进行深入研究。
二、研究目的
本研究旨在通过试验研究，探究武广客运专线大跨度下承式钢箱系杆拱桥在不同荷载作用下的变形与稳定性能，进一步优化结构形式及参数，提高桥梁的抗震性能和安全性能，为实际工程应用提供可靠的理论参考。
三、研究内容
1. 基础数据收集与分析：根据武广客运专线大跨度下承式钢箱系杆拱桥的实际情况，收集和整理相关的基础数据，并进行分析。
2. 试验方案制定：根据研究目的和基础数据，制定试验方案，包括试验样品的选择、试验参数的确定、试验装置设计等。
3. 试验及数据处理：采用物理模拟实验的方法进行试验，采集并处理试验数据，包括结构变形情况、荷载响应情况、稳定性能等参数，并进行分析。
4. 结果分析与总结：根据试验结果，对武广客运专线大跨度下承式钢箱系杆拱桥在不同荷载作用下的变形与稳定性能进行分析，并提出相应的改进建议。
四、研究意义
通过此次研究，对武广客运专线大跨度下承式钢箱系杆拱桥的结构形式及性能进行深入研究，有助于优化桥梁的结构形式和参数，提高其抗震性能和安全性能，为实际工程应用提供可靠的理论参考；同时也为类似结构的设计提供了经验和借鉴。
安徽建筑中图分类号：U445.4文献标识码：A文章编号：1007-7359（2024）1-0171-03DOI:10.16330/ki.1007-7359.2024.1.0630引言随着我国经济的快速发展和城市立体景观发展的需要，修建跨江桥梁选用钢桁架拱桥被广泛应用，钢桁架拱桥跨越能力强、承压能力高和外形刚健稳固，大跨度的钢桁架拱桥在我国交通建设中也得到了更快的发展[1-3]。
传统的钢桁架施工方法为采用汽车吊吊装施工，汽车吊起吊作业半径大，市政工程交叉作业多、施工空间有限，采用汽车吊难以满足大结构钢桁架桥梁的吊装施工要求。
传统的桁架桥施工顺序为由两端拱脚向跨中合拢[4-5]，由于拱脚位于承台上，采用此施工方法施工时受到承台工期影响较大，也不能发挥龙门吊的使用效率。
1工程概况繁华大道跨引江济淮桥梁及接线工程项目位于合肥市肥西县，项目全长1.577km 。
其中跨江淮运河主桥为双层钢桁梁拱桥，主跨153m ，高44m ，桁架高11.9m ，矢跨比1:4.99。
上层桥市政与轨道合建，双向4车道，轨道桥梁与市政桥梁对孔布置，轨道交通走行道路中间，市政桥分两幅于轨道交通两侧布置。
钢桁架分为上弦杆、下弦杆、腹杆三个部分。
上弦杆采用上翼缘板带伸出肢的箱型截面，边桁内高1400mm ，内高1000mm ，板厚24~44mm 。
中桁内高1650mm ，内宽1000mm ，板厚24~44mm 。
上弦杆上翼缘熔透焊接，其余三面高强螺栓对拼的连接方式。
腹杆有箱型腹杆和H 型腹杆两种形式，箱型直腹杆横截面内高1000mm ，内宽1000mm ，板厚32mm ，四面均栓接。
H 型腹板横截面内高1000mm ，内宽700mm ，板厚28~32mm 。
斜腹杆与主桁节点采用内插式高强螺栓连接。
图1主桥整体布置图图2主桥横断面示意图表1钢桁架数量统计表杆件部位上弦杆下弦杆腹杆数量（个）6464128重量（t ）2124.62205.7940.72双层钢桁梁拱桥施工2.1施工工艺流程双层钢桁架拱桥分为钢桁架、桥面系、拱肋三个部分，主桥钢桁架共有4组，2组中桁和2组边桁。
大跨度钢桁拱桥的极限承载力分析盖卫明;任伟新【摘要】钢桁拱桥是以承压为主的结构体系,随着跨径的不断增大,其非线性效应会变得十分突出,因此研究其极限承载力并对其安全性进行准确评估就变得尤为重要.本文以主跨436m的中承式钢桁拱桥新蕉门大桥为例,运用大型有限元软件ANSYS 详细分析了该桥的极限承载力,并探讨了不同荷载分布方式对其极限承载力的影响.结果表明以分支点稳定理论为基础的线弹性分析大大高估了桥梁的安全系数:与几何非线性分析结果相比较,材料非线性对此桥极限承载能力的影响较大:不同的荷载分布方式对此桥的极限承载力影响较小a.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2008(025)004【总页数】4页(P328-331)【关键词】钢桁拱桥;几何非线性:材料非线性;极限承载力;有限元分析【作者】盖卫明;任伟新【作者单位】中南大学土木建筑学院,湖南,长沙,410075;中南大学土木建筑学院,湖南,长沙,410075【正文语种】中文【中图分类】U441拱桥的稳定问题一直是人们关心的问题之一。
国内外学者对拱桥稳定的研究，经历了从线性到非线性、从平面到空间、从裸拱到全桥的发展过程，早期多集中于采用线性方法对简化桥梁模型的分析，如今随着电子计算机的快速发展，采用非线性有限元法对实际全桥极限承载力进行研究已成为一种趋势[1,2]。
近年来，我国的拱桥建设不断向大跨度方向发展，特别是钢桁拱桥，拟将建成的重庆朝天门大桥主跨达到了552 m。
随着拱桥跨径的不断增大，其非线性稳定问题会变得尤为突出，所以对其极限承载力进行研究将具有重要意义[3,4]。
本文在总结稳定分析方法的基础上，应用ANSYS详细分析了一座钢桁拱桥的极限承载力。
结构的失稳是由于在平衡路径上出现了奇异点，也叫临界点，包括分支点和极值点两种[4~6]。
分支点失稳假定结构失稳时处于弹性小变形范围，结构的内力与外荷载成比例关系，达到临界荷载时，结构的平衡出现了分支，此时结构的平衡方程为：分支点稳定问题为一特征值问题，求解该特征方程组可得结构临界荷载为。
客货共线大跨度简支钢桁梁桥梁轨相互作用桥梁在运输和交通领域中起到重要的作用，其设计和构造都需要考虑到各种因素，包括荷载和形变等。
在实际工程中，客货共线大跨度简支钢桁梁桥的桥梁轨相互作用是一个重要的研究方向。
客货共线大跨度简支钢桁梁桥是指桥梁上同时行驶客车和货车的情况，而且跨度较大且采用简支形式的钢桁梁结构。
桥梁轨相互作用指的是在这样的桥梁上，客车和货车的行驶会对桥梁结构产生力学影响，进而对桥梁的安全性和稳定性产生影响。
在客货共线大跨度简支钢桁梁桥的设计和构造中，需要考虑以下几个方面的桥梁轨相互作用：1.车辆荷载：客车和货车对桥梁产生的荷载是一个重要的考虑因素。
客车和货车的重量和分布会对桥梁产生不一样的力学影响，所以需要对不同类型的车辆进行研究和分析，得出相应的荷载数据。
2.车辆速度：车辆的速度也会对桥梁产生影响。
高速行驶的车辆对桥梁的振动和动力响应造成的影响会更大，所以需要考虑不同速度下的桥梁轨相互作用情况。
3.桥梁结构：桥梁的结构和刚度也会对桥梁轨相互作用产生影响。
结构越刚性的桥梁对荷载和振动的响应越小，所以在设计和构造时需要考虑桥梁的结构形式、材料和连接方式等因素。
4.桥梁振动：桥梁的振动是桥梁轨相互作用的重要表现形式之一、客车和货车的行驶会引起桥梁的振动，而桥梁的振动又会影响车辆的行驶稳定性和舒适性。
因此，需要对桥梁的振动特性进行研究和分析，以保证桥梁的安全性和稳定性。
为了解决客货共线大跨度简支钢桁梁桥梁轨相互作用问题，需要采取一系列的研究和措施。
首先，需要对不同类型的车辆进行研究和测试，得出相应的荷载数据。
然后，需要对桥梁的结构进行设计和优化，以提高桥梁的刚度和稳定性。
同时，还需要进行桥梁的振动分析和模拟，以评估桥梁的工作状态和安全性。
总之，客货共线大跨度简支钢桁梁桥梁轨相互作用是桥梁设计和构造中的一个重要问题，需要综合考虑荷载、速度、结构和振动等因素，采取一系列的研究和措施，以保证桥梁的安全性和稳定性。
大跨度铁路连续梁拱组合桥动力及抗震性能研究的开题报告题目：大跨度铁路连续梁拱组合桥动力及抗震性能研究一、研究背景和意义随着我国高铁建设的不断推进，大跨度铁路桥梁的建设已经成为必然趋势。
在设计大跨度铁路桥梁时，往往采用连续梁和拱组合的结构形式，以满足桥梁的跨度、共振频率、动力特性等要求。
然而，在强震等自然灾害的情况下，桥梁的抗震性能是非常重要的。
因此，研究大跨度铁路连续梁拱组合桥的动力及抗震性能是十分必要的。
二、研究内容本研究主要围绕大跨度铁路连续梁拱组合桥的动力特性和抗震性能展开，具体研究内容包括：1. 连续梁和拱组合结构形式的动力学分析，包括共振频率、振型、振幅等；2. 大跨度连续梁拱组合桥的有限元模型建立及数值分析；3. 大跨度铁路连续梁拱组合桥的地震反应分析；4. 大跨度连续梁拱组合桥的抗震性能评价；5. 提出大跨度连续梁拱组合桥优化设计方案。
三、研究方法本研究采用理论研究结合数值计算的方法，通过建立大跨度连续梁拱组合桥的有限元模型和地震反应模型，分别通过振动台试验与数值模拟方法进行动力和抗震性能的研究。
同时，根据研究结果提出优化设计方案。
四、预期成果1. 掌握大跨度铁路连续梁拱组合桥动力学特性和抗震性能的规律；2. 建立大跨度连续梁拱组合桥的有限元模型，并进行地震反应分析；3. 提出大跨度连续梁拱组合桥的优化设计方案；4. 推动大跨度连续梁拱组合桥的开发和应用。
五、研究进度安排本研究计划于2022年开始，预计工期为两年。
主要进度安排如下：2022年：建立大跨度连续梁拱组合桥的有限元模型，并进行动态分析；2023年：进行大跨度连续梁拱组合桥的地震反应分析和抗震性能评价，并提出优化设计方案；2024年：实验验证研究结果，撰写论文并进行答辩。
六、预期贡献本研究将对大跨度铁路桥梁结构的设计、抗震性能评价和优化提供参考，为我国高速铁路建设提供技术支持。
同时，研究成果将填补国内大跨度连续梁拱组合桥动力学和抗震性能方面的空白，有重要的学术价值和实用意义。
收稿日期:20150915;修回日期:20151013作者简介:赵 涛(1984 ),男,工程师,2010年毕业于北京交通大学桥梁与隧道工程专业,工学硕士㊂第60卷 第5期2016年5月铁道标准设计RAILWAY STANDARD DESIGNVol.60 No.5May 2016文章编号:10042954(2016)05004806客货共线铁路双拱肋大跨度钢桁拱桥设计研究赵 涛(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)摘 要:目前我国钢桁拱桥建设技术已达到国际先进水平,但是大跨度的钢桁拱桥多用于公路,专用于铁路的比较少,以国内单孔跨度最大的双线铁路钢桁拱桥 贵广铁路主跨286m 的东平水道大桥为工程实例进行研究㊂对其进行平面及空间分析,比较在不同荷载工况下,钢桁拱桥选择不同拱轴线㊁矢跨比时的内力和应力变化,深入了解铁路大跨度钢桁架拱桥的受力特性㊂研究表明,该类桥梁结构的拱轴线采用圆曲线和二次抛物线比较合理,并且在合理的范围内,上㊁下拱肋矢跨比越大,且二者差值越大越经济㊂关键词:铁路桥梁;客货共线铁路;双拱肋;钢桁拱桥;设计中图分类号:U448.22 文献标识码:A DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.05.011Study on Long⁃span Steel Truss Arch Bridge with Double ArchRibs on Mixed Passenger and Freight RailwayZHAO Tao(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.,Ltd.,Wuhan 430063,China)Abstract :The construction technology of the steel truss arch bridge in China has reached the international advanced level.However,most of these steel truss arch bridges are used for highway and only a few are dedicated for railway.In this paper,the Dongping Bridge on Guiyang-Guangzhou railway line,which is a double⁃track steel truss arch bridge with the longest single span of 286m in China,is taken as a case for study.After the determination of the structural style and dimensions,FE model of the bridge is built and the mechanic properties of the long span steel truss arch bridge are further revealed by plane and 3⁃D space analysis.The distribution rules of the internal forces and stresses of the bridge with different arch axis and rise⁃span ratios under different loading conditions are compared to reveal the mechanical characteristics of long⁃span steel truss arch bridge.The results show that the circular curve and the quadratic parabola arch axis for this kind of bridge are reasonable,and the greater the rise⁃span ratio of the upper and lower ribs and the greater the difference of both,the better the economy within certain reasonable ranges.Key words :Railway bridge;Mixed passenger and freight railway line;Double Arch rib;Steel trussarched bridge;Design1 概述钢桁架拱桥具有外形雄伟壮观㊁跨越能力大㊁承载能力高等优点㊂尤其是在地质条件良好和地形适宜的情况下钢桁架拱桥更能体现其经济合理性㊂与同类跨度的钢斜拉桥相比,钢桁拱桥的刚度较大,稳定性好㊂目前已建成的钢桁拱桥,最大跨度已经超过500m,美国新河峡谷大桥主跨518m 的上承式钢桁架拱桥,建成于1977年,为当时同类桥型中跨径最大的钢桁拱桥㊂在20世纪80年代以前,在各种形式的大跨度桥梁中,它具有重要的地位,随着现代斜拉桥的发展和完善,20世纪80年代以后,钢桁拱桥的修建数量有所减少㊂近年来,随着我国基建设施的大力发展,桥梁技术也得到快速发展,主跨552m 的朝天门长江大桥的建成标志着我国建桥技术迈入了大跨度钢桁拱桥建设的世界先进行列㊂近几年一系列大跨度钢桁梁拱桥的设计和建造,为我国大跨度钢桁拱桥的建设积累了丰富的经验,无论是静力㊁动力特性的理论研究方面,还是在设计和施工方面,人们对大跨度钢桁拱桥的研究已比较成熟和完善,相关的研究论文和成果也很多㊂但是大跨度钢桁架拱桥在铁路方面应用较少,大跨度铁路钢桁拱桥的结构优化的研究,目前可检索到的文献资料也不多㊂因此,通过对贵广㊁南广铁路东平水道特大桥主桥 双拱肋钢桁架拱桥的研究,深入了解大跨度钢桁架拱桥的受力特性,优化钢桁拱桥的结构形式,进一步提高我国铁路桥梁的建设水平,推动桥梁技术进步㊂2 工程概况以贵广㊁南广铁路跨东平水道特大桥为工程背景,对双拱肋钢桁架铁路拱桥设计进行研究㊂该桥桥址处东平水道河流正宽宽约191m,线路法线与水流方向夹角约为23°,东平水道为Ⅱ级航道㊂贵广㊁南广铁路属国家重点铁路工程项目,线间距5.3m,轨道结构采用有砟轨道,设计行车速度为200km/h,设计活载采用中-活载㊂主桥采用(86+286+86)m双拱肋钢桁架拱桥,是国内同类型单孔跨度最大的双线铁路钢桁拱桥梁,其立面如图1所示㊂图1 钢桁拱桥1/2立面示意(单位:mm)3 拱肋结构形式研究3.1 拱轴线拱轴线是拱桥概念设计中的重要参数,它的好坏直接关系到拱肋截面的内力分布和大小㊂最理想的拱轴线是与拱上各种荷载的压力线相吻合,使拱肋截面只有轴向压力而无弯矩作用,这样可以使截面受力均匀,材料强度充分利用㊂但由于活载㊁温度变化和材料收缩等因素的存在,这种理想拱轴线是不可能获得的㊂因此,在目前拱轴线线形的设计中多采用 五点重合法”,即满足拱肋上少数几个关键断面的压力线与拱轴线重合的方法㊂在大跨径拱桥中,常用的拱轴线线形包括圆弧线㊁二次抛物线㊁悬链线和多次抛物线等,这些多是对应特定恒载分布模式的合理拱轴线㊂为了探讨研究出合理的拱轴线,确定拱轴线各项参数的影响,下面先对拱轴线的曲线形式进行对比分析,以确定合理的拱轴线线形㊂对于钢桁架拱桥而言,钢材具有良好的各向同性性能,可以抵抗很大的拉压应力,因此,其对拱轴线的要求相对降低㊂在已建成或在建的钢桁架拱桥中,拱轴线的形式主要是二次抛物线和圆弧线㊂下面以拱轴采用相同的矢跨比,以圆曲线㊁二次抛物线和经典的悬链线(系数从1~2)3种不同的拱轴线形,对比各种线形对拱肋截面受力的影响,选择的拱轴线线形工况列于表1㊂表1 拱轴线线形编号线形矢跨比f/L拱轴线类型拱轴系数外拱肋内拱肋1圆曲线 1/5.91/4.52二次抛物线1.01/5.91/4.53悬链线1.21/5.91/4.54悬链线1.41/5.91/4.55悬链线1.61/5.91/4.56悬链线1.81/5.91/4.57悬链线2.01/5.91/4.5针对表1中各种情况,分别建立模型,计算出不同荷载组合时上拱肋和下拱肋的拱脚㊁拱肋与桥面相交处㊁拱肋1/4截面及拱顶处的轴力和弯矩㊂考虑的荷载工况包括如下几种:①恒载;②活载;③温度;④主力+附加力㊂(1)轴力对比结果图2给出了不同拱轴线形式,恒载工况时上㊁下拱肋不同位置处的轴力㊂从图2中可以看出,在恒载作用下,上拱肋的轴力除了1/4截面外,拱脚㊁拱94第5期赵 涛 客货共线铁路双拱肋大跨度钢桁拱桥设计研究肋与桥面相交处和拱顶位置轴力均随着拱轴系数的增大而逐渐增大;下拱肋的拱脚㊁拱肋与桥面相交处和1/4截面处轴力随着拱轴系数的增大而增大,拱顶轴力随着拱轴系数的增加而减小㊂上㊁下拱肋在恒载作用下轴力除了上拱肋的拱脚和1/4截面处外,其他位置的最大轴力和最小轴力值之比均在1.1以内㊂主力+附加力组合作用下的轴力变化情况和恒载作用下的一致㊂图2 恒载作用时上㊁下拱肋轴力 在活载作用下,上拱肋的拱脚和拱顶处的轴力随着拱轴系数的增大而增大,拱肋与桥面相交处和1/4截面处轴力随着拱轴系数的增大而减小,最大轴力与最小轴力的比值除了1/4截面处为1.22外,其余位置的均在1.1以内;下拱肋的轴力随着拱轴系数的增加而增大,最大轴力与最小轴力的比值除了1/4截面处为3.8外,其余位置的均在1.1以内,计算结果如图3所示㊂温度作用下上㊁下拱肋的轴力值比较小,相对其他作用力来说其差值的绝对值很小,不控制结构的设计㊂图3 活载作用时上㊁下拱肋轴力图4 活载作用下拱肋弯矩 总的来说,由轴力计算的结果可以看出出现最大轴力值的位置处的轴力基本上是随着拱轴系数的增加而增大㊂(2)弯矩对比结果图4和图5分别给出了活载和主力+附加力工况下拱肋不同截面位置处的弯矩㊂从图4可以看出,活载作用下,对上㊁下拱肋的拱脚处弯矩,圆曲线和二次抛物线的最大,随着悬链线拱轴系数的增加,拱脚弯矩值逐渐减小;对上㊁下拱肋的拱肋与桥面相交处的弯矩,圆曲线和二次抛物线的最小,基本上是随着悬链线5铁道标准设计第60卷拱轴系数的增加,拱肋与桥面相交处的弯矩逐渐增加,最大值与最小值的比值为2.07;上㊁下拱肋1/4截面处的弯矩随着拱轴线系数的增加而略有减小,但是差别不大;而拱轴线系数对拱顶弯矩的影响较小,除了抛物线线形外拱顶弯矩变化较小㊂图5 主力+附加力组合拱肋弯矩 而在主力+附加力作用下,拱脚处的弯矩变化规律:对上拱肋,圆曲线㊁二次抛物线和拱轴系数1.2的悬链线桥型的拱脚弯矩值差别较小,随着悬链线拱轴系数的增加,拱脚弯矩值逐渐减小,最大值与最小值比值1.25;对下拱肋,拱脚弯矩变化趋势却和上拱肋相反,随着悬链线拱轴系数的增加,拱脚弯矩值逐渐减小,最大值与最小值比值1.29㊂上拱肋与桥面相交处弯矩,随着悬链线拱轴系数的增加,弯矩值逐渐减小,最大值与最小值比值1.27;下拱肋与桥面相交处弯矩变化趋势却随着悬链线拱轴系数的增加而逐渐增大,最大值与最小值比值1.45㊂1/4拱肋截面处弯矩,其变化规律与拱肋与桥面相交处的一致,上拱肋最大值与最小值比值为1.66;下拱肋最大值与最小值比值为1.2㊂拱顶弯矩,上㊁下拱肋拱顶截面弯矩随着拱轴线系数的增大而增加,但是拱轴线系数对拱顶弯矩的影响较小,拱顶弯矩变化不大㊂在恒载作用下,除了拱顶处弯矩外,上拱肋随着拱轴系数的增加,弯矩减小,最大值与最小值的比值为2.32;除了拱脚处外,下拱肋随着拱轴系数的增加,弯矩增大,最大值与最小值的比值为2.48㊂而在整体升降温工况下,拱轴系数的变化对整体温度引起的弯矩值影响不大,并且温度弯矩值本身较小,差别不大㊂综上的计算及分析结果,可得该类型桥梁采用圆曲线或者二次抛物线(即拱轴系数为1)是比较合适的,而圆曲线和二次抛物线在受力大小上基本一致㊂而且大跨度钢桁架拱桥拱轴线的选择更应该多从外形美观㊁与周围景观搭配协调㊁制作和施工方便来考虑,所以本桥拱轴线最后采用圆曲线㊂3.2 矢跨比根据现有的桥梁设计统计情况,钢拱桥的矢跨比一般在1/3~1/6,根据以上的对比情况,现在采用较合适的圆曲线拱肋形状进行矢跨比对比,并且以上㊁下拱肋采用不同的矢跨比进行组合,得到以下16种情况,列于表2㊂表2 矢跨比列表表2中各种不同的矢跨比组合对桥梁外形的影响较大,并且拱顶高度差距比较大㊂对表中16种不同矢跨比类型进行计算分析,考虑下列几种荷载工况:①恒载;②活载;③主力+附加力组合㊂(1)轴力对比结果图6~图8给出了不同荷载工况下,考虑不同类型矢跨比时不同截面位置处的轴力计算结果㊂由图可以看出,除了上拱肋在活载作用的情况下以外,对上拱肋来说,拱顶轴力随矢跨比的增加而增大,拱脚和1/4截面处的轴力随矢跨比的增加而减小㊂活载作用下,上拱肋轴力随矢跨比的增加而增大,并且内外拱肋矢跨比差值越大,拱顶轴力越大㊂对下拱肋而言,在主力+附加力和恒载的作用下,下拱肋拱脚和下拱肋与桥面相交位置的轴力随着矢跨比的增加而减小,并且拱脚随着上㊁下拱肋矢跨比差值的增加而减小,1/4截面处㊁拱顶和下拱肋与桥面相交处的轴力则随着上㊁下拱肋矢跨比差值的增加而增大㊂在活载作用下,下拱肋的轴力随矢跨比的增加影响不大,主要是受上㊁下拱肋矢跨比的差值影响,上㊁下拱肋矢跨比差值越大,下15第5期赵 涛 客货共线铁路双拱肋大跨度钢桁拱桥设计研究拱肋拱脚㊁拱肋与桥面相交处和1/4截面处的轴力越大㊂综合来看,上拱肋拱顶的轴力随着矢跨比的增加而增大,并且上㊁下拱肋矢跨比差值越大上拱肋拱顶轴力越大;下拱肋拱脚和下拱肋与桥面相交位置的轴力随着矢跨比增加而减小,上㊁下拱肋矢跨比差值越大下拱肋拱脚轴力越小,下拱肋与桥面相交位置的轴力越大㊂图6 恒载作用各系列拱肋轴力图7 活载作用各类型时拱肋轴力图8 主+附组合各系列拱肋轴力 (2)弯矩对比结果图9~图11给出了不同荷载工况下,考虑不同类型矢跨比时不同截面位置处的弯矩计算结果㊂由图可以看出,上㊁下拱肋拱脚处弯矩随着上㊁下拱肋矢跨比的增加而增大,并且上㊁下拱肋矢跨比的差值越大拱脚的弯矩越大,但是矢跨比差值的影响更明显;拱肋与桥面相交的位置和1/4截面处弯矩随着上㊁下矢跨比的增加而减小,上拱肋与桥面相交处的弯矩在上㊁下拱肋矢跨比差值适中时比较小,上拱肋1/4截面处弯矩随着上㊁下拱肋矢跨比差值的增加而减小,下拱肋与桥面相交的位置和1/4截面处的弯矩则增加㊂上㊁下拱肋拱顶处截面弯矩受上㊁下拱肋矢跨比差值的影响明显,差值越大拱顶弯矩越大㊂图9 主+附组合各系列拱肋弯矩 综合来看,在各种荷载工况作用下拱肋与桥面相交处的弯矩远大于拱肋其他关键截面处的弯矩,并且上㊁下拱肋的矢跨比越大拱肋与桥面相交处的弯矩越小,影响很明显,另外上㊁下拱肋的矢跨比的差值越大拱肋与桥面相交处的弯矩越大㊂拱脚㊁1/4截面处和拱顶弯矩受上㊁下拱肋矢跨比的影响较小,但是上㊁下拱肋矢跨比的差值对其影响较大㊂(3)刚度及用钢量对比对于16个类型的方案,在列车竖向静活载作用下中跨最大竖向挠度,以及各方案的用钢量进行对比,结25铁道标准设计第60卷图10 活载作用下各系列拱肋弯矩图11 恒载作用下各系列拱肋弯矩 果列于表3㊂表3 不同矢跨比组合的全桥列车静活载作用中跨竖向挠度及用钢量对比编号矢跨比f/L内拱肋外拱肋实际挠度/mm最大容许挠度/mm质量/万t11/3.5105.6381.31.81 21/3.01/4.0114.5381.31.66 31/4.5274.1381.31.55 41/4.0102.5381.31.71 51/3.51/4.5111381.31.57 61/5.0160381.31.51 71/4.5111.7381.31.63 81/4.01/5.0141.7381.31.51 91/5.5153.8381.31.44 101/5.0123.3381.31.57 111/4.51/5.5130.8381.31.48 121/6.0159.3381.31.42 131/4.471/5.87132.9381.31.4 141/5.01/5.5133.3381.31.55 151/6.0152.2381.31.41 161/5.51/6.0154.3381.31.45由表3的各个方案的用钢量情况可以看出,基本上是上㊁下拱肋的矢跨比越大用钢量越小,并且上㊁下拱肋矢跨比的差值越大用钢量越小㊂综上计算及分析,在选取上㊁下拱肋合理矢跨比的时候,要综合考虑拱轴截面轴力和弯矩的作用㊂对于其内力起控制作用的截面位置而言,矢跨比越大上拱肋的拱脚轴力越大,但是下拱肋的拱脚㊁下拱肋与桥面相交处和下拱肋1/4截面处的轴力越小,并且起关键作用的上㊁下拱肋与桥面相交处截面的弯矩明显减小㊂所以根据以上对比,上㊁下拱肋的矢跨比要尽量选择大一些㊂4 结论针对大跨度钢桁拱桥设计中,两个关键的设计参数 拱轴线和矢跨比的计算及分析结果,可以得到如下结论㊂(1)基于有限元模型,选择不用的拱轴线类型和矢跨比,计算不同荷载工况下关键截面位置处的内力,分析内力随拱轴系数或矢跨比的变化规律,可以有效地判断拱轴系数或矢跨比对内力的影响,指导钢桁拱桥设计参数的合理选择㊂(2)对于钢桁架拱桥而言,拱轴线的两种类型:圆弧线和二次抛物线,其对结构的受力和用钢量(2个对比方案相差90t)均影响不大㊂这说明大跨度钢桁架拱桥拱轴线的选择更应该多从桥梁美学的角度考虑,即应外形美观㊁与环境协调㊁施工制作方便㊂本文依托工程桥梁,选择圆曲线作为合理拱轴线㊂(3)对矢跨比的选择,从受力和美观上来看,上㊁下拱肋的顶部之间不宜间距过大或者过小,间距过大拱肋顶部之间的腹杆过短,容易产生很大的弯矩,若两拱肋之间距离过大,则会增加竖杆特别是斜腹杆的自由长度,不利于受压杆件的稳定,并且也不美观㊂而且根据各个方案的用钢量情况可以看出,基本上是上㊁下拱肋的矢跨比越大用钢量越小,并且上㊁下拱肋矢跨比的差值越大用钢量越小㊂因此,本研究依托工程桥梁,上拱肋采用1/5.87的矢跨比,下拱肋采用1/4.47的矢跨比,拱顶高度采用9m的方案是比较合理的㊂参考文献:[1] 雷俊卿.大跨度桥梁结构理论与应用[M].北京:清华大学出版社,2007.[2] 贺拴海.桥梁结构理论与计算方法[M].北京:人民交通出版社,2003.[3] 李传习,夏桂云.大跨度桥梁结构计算理论[M].北京:人民交通出版社,2002.[4] 贺栓海,等.现代桥梁结构分析[M].西安:陕西人民教育出版社,1993.35第5期赵 涛 客货共线铁路双拱肋大跨度钢桁拱桥设计研究[5] 项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社,2002.[6] 厦深铁路广州有限公司,等.高速铁路桥梁技术深化研究-大跨度连续钢桁梁柔性拱组合桥关键技术研究[R].厦深铁路广州有限公司,等,2012.[7] 张杰.厦深铁路榕江桥主桥设计及优化[J].铁道建筑,2011(2):1519.[8] 陈姣.基于顶推法的钢桁梁施工仿真分析建造技术[J].工程与建设,2011,25(1):106108,110.[9] 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Composite Box Steel Girder Bridge with Three Main Trusses over RailwayCHEN Wei-hua,LI Qian-ming,XIONG Tao(China Railway Wuhan Survey and Design Co.,Ltd.,Wuhan 430074,China)Abstract :The project in Wuhan Xiongchu Street is to build a viaduct as part of the urban expressway.The viaduct is located in the throat area of Optics Valley subway station,crossing over the South Central Railway and the southern extension of Metro Line 2.Restricted by plane condition and line profile,the viaduct requires a 160⁃meter⁃span across the railway,and the structure height of the bridge deck to the bottom of the beam must be not more than 2.5meters.The new 160m composite box steel girder bridge with three main trusses is surrounded by oval cross⁃braces without oblique braces.The cross⁃braces are conjoined to the truss by high⁃tensile bolts.The new bridge beside the railway is installed using the incremental launching method to minimize the disturbance to the existing railway.Midas software isemployed to establish whole model with truss beam elements combined with steel box board unit and to conduct static analysis,stability analysis,。
