下承式钢箱系杆拱桥拱脚局部受力分析

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。

大跨钢结构下承式系杆拱桥设计分析摘要：本文介绍了一座全钢结构下承式系杆拱桥的设计分析，重点从拱肋、纵横梁、桥面板、吊杆等主要构件方面探讨了桥梁的设计要点，并介绍了桥梁钢结构加工的焊缝形式、焊接质量要求等施工关键控制要点。

关键词：下承式；系杆拱桥；钢结构；焊接质量检验1 引言拱桥结构合理、受力明确、跨越能力大、能够充分发挥材料性能，在大跨桥梁中被广泛应用，同时由于其结构新颖、造型美观，近年来在城市景观桥梁中应用也越来越广泛。

但此类桥梁构造复杂，设计及施工难度均较大。

本文结合工程实例，介绍了一座全钢结构下承式系杆拱桥的设计分析，重点从拱肋、纵横梁、桥面板、吊杆等主要受力构件方面探讨了桥梁的设计构思，并针对桥梁钢结构较多、焊接工作量大的特点，介绍了桥梁钢结构加工的焊缝形式、焊接质量要求等施工关键控制要点。

本文对同类桥梁的设计及施工具有较大的参考价值。

2 工程概况本项目为城市跨河桥梁，由主桥及两侧引桥组成，全长226m，跨径布置为40m（引桥）+106m（主桥）+（2x40）m（引桥）。

主桥为单跨钢结构下承式系杆拱桥，引桥为预应力混凝土现浇箱梁结构，桥梁全宽50m。

桥梁总体布置图3 主要技术标准根据桥梁结构特点、建设规模、使用环境条件等因素，桥梁设计采用的主要技术标准如下：道路等级：城市主干路，设计车速60km/h；结构安全等级：一级，重要性系数：1.1；桥梁设计基准期：100年；荷载标准：汽车荷载：城市—A级，人群荷载：3.5kN/m2；抗震设防烈度：抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度值为0.15g。

4 主桥结构设计本项目主桥为单跨钢结构下承式系杆拱桥，跨径106m，横断面全宽50m。

主桥由拱肋、纵横梁、桥面板、吊杆等主要受力构件组成。

拱肋：主桥横桥向共设置三道拱肋，横向间距19.9m，立面呈非对称形偏态拱，最高点处拱高19m，矢跨比为1/5.6。

拱肋截面呈倒梯形，横截面高度总体呈跨中高两侧低，靠拱脚处截面高1.8m，截面高度向跨中方向逐渐增大，待增大至4.5m后逐渐减小至拱脚处的1.5m。

【钢管混凝土拱桥拱座结构受力分析】钢管混凝土拱桥结构及受力特点分析某中承式钢管混凝土拱桥拱肋的理论计算跨径为152m，拱肋直径1.5m，厚度为2cm，内部浇筑C50混凝土，计算矢高为47m，矢跨比为1/3，拱肋拱轴线采用倒悬链线，拱轴系数为1.55。

拱肋采用圆形截面，主梁采用扁平流线形钢箱截面，拱肋设18对吊杆。

下部结构为钢筋混凝土拱座及承台接钻孔灌注桩基础。

桥面铺装采用6cm 厚环氧沥青。

钢箱梁主体结构均采用Q345-C钢，钢箱拱肋结构采用Q345D钢，其技术指标应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）的相关要求，盖梁及墩柱采用C40混凝土，拱座及承台采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土。

桥梁设计荷载为公路-I级，人群荷载5.0KN/m2；环境类别为II类；设计安全等级为一级。

Midas/Civil有限元模型使用Midas/Civil建立全桥模型，本桥3D模型按照桥梁设计选择相应的材料和截面特性。

模型划分共计368个节点，378个单元，其中梁单元360个，桁架单元18个，考虑到的各作用效应有：（1）恒载：自重以及设计荷载；（2）均匀温度：结构因均匀温升、温降，梯度温升、温降产生的作用效应按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定计算。

（3）支座沉降：支座不均匀沉降按1cm考虑。

（4）车辆荷载：按最不利车辆荷载考虑，车辆为公路—I级五车道，人群荷载为5.0KN/m。

本桥考虑2.5%的桥梁纵坡。

模型节点单元见图3。

其中，拱肋单元编号为155~322，共计167个单元。

图1 钢管混凝土拱桥有限元模型永久作用分项系数按照作用对结构承载能力不利的情况选取，可变作用分项系数按照规范的要求进行取值。

各荷载组合系数见表3。

表3 荷载组合系数名称荷载工况组合系数结构恒载自重+二期1.1车辆荷载公路—Ⅰ级1.4支座沉降1cm 1.0温度荷载±20℃ 0.7计算结构自重+二期+车辆荷载+升、降温效应（±20℃）+支座沉降（1cm）作用下的拱肋内力。

表1四种最不利工况有限元分析结果工况荷载组合系杆正应力mpa拱座主拉应力mpa拱座主压应力mpa工况1拱肋拱脚轴压力最大6515139工况2拱肋拱脚负弯矩最大542188145工况3系杆端部轴力最小工况57324167工况4系杆端部弯矩最大工况5651481453主拉应力验算在工况3作用下拱脚圆弧变截面位置处的主拉应力最大未配置普通钢筋达到了24mpa采用应力配筋法进行主拉应力验算
钢管采用 Q345qC 钢材，管内填充 C50 微膨胀混凝土，纵梁、端横梁均采用 C55 混凝土，预应力采用Φs15.2 钢绞线； 1.2 有限元模型
本次计算采用 Midas FEA3.6，根据“圣维南原理”[4]，为了避免局部模型端部 的应力集中，拱肋及纵梁均取 15m 长，但是实际分析结果仅仅查看拱脚 10m 范围 内的应力分布情况（即图 1 中蓝色部分），有限元模型采用四面体网格单元，有限 元模型总共 69884 个单元，20907 个节点。预应力钢束采用植入式钢筋线单元模拟， 预应力按照设计图纸进行布置，如图 2 所示，并按照实际张拉应力进行张拉；
关键词：钢管混凝土系杆拱桥；拱脚；应力分布；应力配筋法
0 引言
拱脚是钢管混凝土系杆拱桥的关键受力部位，桥梁的拱肋、纵梁、端横梁、 支撑均交汇于此[1]，因此，拱脚部分应力分布较为复杂，而通常在进行系杆拱桥整 体计算时，均采用杆系模型，而传统的杆系模型仅能出计算各个杆件的内力，并 不能精确计算出拱脚的应力分布情况[2]；所以在进行拱脚设计时，应清楚的了解拱 脚的应力分布情况及变化规律。
及系杆变截面圆弧段，且最大拉应力出现在系杆变截面圆弧段所在斜截面位置处，
较大压应力主要出现拱座下侧边缘角点以及下钢管与混凝土接触的界面区域。表 1
四种最不利工况有限元分析结果

496
496 2 050
496
562
图 ３ 机动车道钢箱梁横截面图 （ 单位 ： ｃ ｍ）
１ １ ０ ５ 个节点 ， ５ ２ 个索单元 ， １ ２ ５ ０ 个梁单元 ， ３ ０ ２ 个边 界条件 ， ３ ２ 个施工阶段 。
注： 表示不约束的方向 。
图 ５ 支座布置图
（ ）人行桥与吊杆之间定义为刚性连接 。 ４ ２． ３ 作用效应组合 （ ）恒载 （ 。 一期恒载 ＋ 二期恒载 ＋ 拉杆预应力 ） １ （ ）恒载 ＋ 风载 。 ２ （ ）恒载 ＋ 公路 － Ⅰ 级 ＋ 基础沉降 。 ３
600
紫阳大道 主拱拱肋25Fra bibliotek70026
A×H K1+394.712
3 900 A×H K1+256.712
A×H K1+364.712
160 型伸缩缝
A×H K1+394.712
吊杆
27
28
栏杆
栏杆
160 型伸缩缝
引桥混凝土箱梁
主桥钢箱梁
主桥钢箱梁
常水位
150 钻孔灌注桩
主桥钢箱梁
引桥混凝土箱梁
120 钻孔灌注桩 3 000
１ ４ ６
中 外 公 路
第３ ２卷 第３期 ２ ０ １ ２年６月
（ ） １ ６ ７ １－２ ５ ７ ９ ２ ０ １ ２ ０ ３－０ １ ４ ６－０ ５ 文章编号 ：
艾溪湖大桥受力性能分析
欧阳锦 ，曾天宝 ，曾小刚
（ ） 南昌市城市规划设计研究总院 ，江西 南昌 ３ ３ ０ ０ ３ ８ 摘要 ：艾溪湖大桥主桥为三跨连续外倾式四索面下承式钢箱系杆拱 桥 ， 拱肋采用外倾式 结构形式新 颖 ， 该桥的结构受力表现出复杂的空间力学特 钢箱主拱和空间曲线的钢箱副拱 ， ／ 点， 为详细了解该桥受力特 点 ， 采用 Ｍ ｉ ｄ ａ ｓ ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ空 间 梁 格 法 建 立 了 该 桥 的 空 间 有 限 元 模 型 ， 并对其进行了整体受力性能 、 动 力 特 性、 特 征 值 分 析， 运用 Ａ ｎ ｓ ｓ进 行 局 部 受 力 分 析 。 结 果 ｙ 该桥的整体受力性能良好 ， 且各结构的局部设计也非常到位 。 表明 ： 关键词 ：异形拱桥 ；动力特性 ；内力 ；应力 ；分析

第３ ５卷第 ４期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
南昌大 学学报（ 工科版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ）
Ｖｏ ｌ ＿ ３５ Ｎｏ． ４ Ｄｅ ｃ． ２ ０１ ３
ＺＨＡＮ Ｇａ ｎ ｇ ｙ ｉ
（ Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ Ｒ ａ ｉ ｎ ｗ ａ ｙ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｏ ｆ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ， Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ３ ３ ０ ０ ０ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｂ ｉｄｇ ｒ ｅ ｗａ ｓ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎａ ｂ ｌ ｅ ． Ｈｏ ｗｅ ｖ ｅ ｒ ， ｔ ｈｅ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｗｈ ｅ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ａ ｂ ｒ ｕ ｐ ｔ ｌ ｙ ． Ｔ ｈｒ ｏ ｕｇ ｈ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｌｙ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｃ ｅ ｂ ｅ ａ ｍ ｉｇ ｒ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｍｏ ｒ ｅ ｓｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｆ ｏ ｏ ｔ ｎ ｏ ｄｅ ｓ Ｓ Ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｔ ｉ — ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｈｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｓ ， ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ａ ｄｄ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｓ ｈ， ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ — ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｒ ｌ ａ ｙ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ， ｅ ｔ ｃ ．

广 泛 的 应 用 。 对 于 拱 桥 ， 脚 是 拱 肋 、 横 梁 和 系 为河 北省 某下 承式 叠合 梁单索 面钢管混 凝 土系杆 拱桥 ， 桥长 ２ ６ｍ， 径 布置 为 １ ８ｍ＋ ７ 跨 ３ １ ８ｍ， ３ 桥宽 ２ ． ９ ５ｍ。主梁采 用 钢箱叠合 梁 ， 面 桥 板采 用预 制和 现 浇 相 结 合 ， 高 ３ ５ｍ。拱肋 采 梁 ． 用 三维空 间钢 管拱 ， 拱轴 线均 为 二次抛物 线线性 ； 主拱 直 径 ｉ ８ ｍ， 于 竖 直 平 面 内 ， 跨 比 为 ． 位 矢 １４ ４ ； ／ ． ４ ２根 副拱 直径 １ ４ｍ， 轴 线 平 面与 主拱 ． 拱
效 降低 应 力 峰 值 。 关 键 词 叠 合 梁 钢 管 混 凝 土 局 部 应 力 有 限 元
钢混组 合结构 的 拱桥 由于充分 发挥 两种 材料
的特性 ， 具有 承载 力高 、 度 大 、 约钢材 、 价低 刚 节 造 等优 点 ， 具有 良好 的经 济效 益 ， 在桥 梁建 设 中得到
下 承式 叠 合 梁 钢 管 混 凝 土 拱 桥拱 脚 局 部 应 力 分析
董 晓 兵 石 磊
（ 连 理 工 大 学 土 木水 利学 院 大 连 ｌ ６ ２ ） 大 １０ ３
摘 要 采 用 三 维 实 体 、 壳 和 梁 单 元 ， 析 了 某 下 承 式 叠 合 梁单 索 面 钢 管 混 凝 土 系 杆 拱 桥 拱 脚 板 分
ｆ ｃ ｉ ｎ ｔ ａ ｓ ｒ ｂ ｓｔ ａ ｎｉｕ ｅ ｏ ｏ ｄ ｗ ａ ｅ ｉ ｓ ａ ｌｓ ｅ ． Ｔ ｈｅｄｅ ｉ ｔｏ ｆｓ ｃ ｉ ｎ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｕｎ ｔｏ ｈ ｔｄｅ ｃ ｉ ｅ ｈｅｍ ｇ ｔ ｄ ｆｃ ｌ ｖ Ｓｅ ｔ ｂ ｉ ｈ ｄ ｆｎｉｉ ｎ ｏ ｅ ｔｏ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ—

下承式简支拱钢管拱肋受力及施工技术研究许童云(中铁上海工程局集团第四工程有限公司 天津 300000)摘要：以新建潍坊至烟台铁路工程 ZQSG-6 标段大理路中桥1~64 m简支拱桥为依托，该文阐述了钢管拱肋加工、安装和施工等重难点，以及如何采用拱脚现场散拼法，解决了由于拱脚内钢筋布排密集，系杆与端横梁预应力孔道穿越其中，混凝土浇筑困难的难题。

对拱部线性检测和应力监测发现，拱部线形变化满足施工要求，在规定年限对线形变化进行预测，线形变化满足施工寿命要求，并且应力和吊杆张力都满足运营阶段的要求，拱部结构在安全范围内。

为以后类似工程项目提供技术支持。

关键词：施工流程 拱肋施工 线性监测 应力监测中图分类号：U445.4文献标识码：文章编号：1672-3791(2023)19-0159-04Research on the Stress and Construction Technology of the Through Simply-Supported Steel Pipe Arch RibXU Tongyun(The Fourth Civil Engineering Co., Ltd., CREC Shanghai Group, Tianjin, 300000 China) Abstract:Relying on the 1-64m simply-supported arch bridge of the medium bridge over the Dali Road in the ZQSG-6 section of the newly-built Weifang to Yantai railway project, this paper expounds the major difficulties such as the processing, installation and construction of steel pipe arch ribs, and uses the on-site scattering method to solve the problem of difficult concrete pouring due to the dense arrangement of steel bars in the arch foot and the prestressed holes of the tie rod and the end beam passing through it. Through the linear detection and stress moni‐toring of the arch, it is found that the linear change of the arch meets construction requirements, and through pre‐dicting the linear change at the specified age, it is found the linear change meets the requirements of the construc‐tion life, the stress and boom tension meet the requirements of the operation stage, and that the arch structure is within the safe range, which provides technical support for future similar engineering projects.Key Words: Construction process; Arch rib construction; Linear monitoring; Stress monitoring1 工程概况潍坊至烟台铁路工程 ZQSG-6 标段大理路中桥，梁全长66.5 m，计算跨长为64 m，矢跨比f / l=1/5，拱肋平面内矢高12.8 m，拱肋采用二次抛物线，拱肋立面投影方程为：y=4´12.8(64-x)x/642（m）。

简支下承式拱桥力学特点研究了这么久简支下承式拱桥的力学特点，总算发现了一些门道。

首先呢，简支下承式拱桥有个很明显的特点就是它的受力传递。

比如说，我们把桥想象成一个扁担，桥上的重量就像货物，担子两头顶着的地方呢，就有点类似拱脚的感觉。

桥上的重量先传到桥面板上，这些重量通过桥面板再传到拱肋，拱肋就像拱桥的骨架。

它可不像我们平的桥那样直接把力往下传，拱的形状会神奇地把力量向两边分散到拱脚，再通过拱脚传给桥墩。

就像是你用手捏一个软的弓形的东西，你捏中间，力会往两边走，这和简支下承式拱桥拱肋传力的原理有点像。

简支的特点也很有意思。

我之前觉得简支就是简单地在两边支撑，后来发现不仅仅是这样。

简支意味着桥在横向和纵向的受力上相对独立，就像是板凳的四条腿，每条腿支撑着自己那块儿的重量，不是搅和在一块的。

在遇到震动或者局部受力的时候，这种简支的结构能让桥的反应比较简单，不会牵一发而动全身。

像有时候一辆很重的卡车只在桥的一侧行驶，在简支下承式拱桥中，也不会因为一侧受力太重而马上导致整个桥出现很危险的情况，因为它这种简支的状态能较好地平衡不同位置的受力。

下承式也有独特之处。

我们可以想象一下房子的屋梁和支柱的关系。

下承式拱桥的拱肋是在桥面以下的，桥面就像屋顶一样搭在拱肋上方。

这样的好处就是，拱肋不会影响到桥面以上的空间布局。

就好比我们要在桥上走电线或者布置其他东西时，下承式就不用担心拱肋会挡住线路。

而且从力学上讲，因为拱肋在下方，能够给桥面一个向上的支撑力。

这一点我刚开始的时候可迷糊了，想不明白为啥在下面就能支撑上面呢。

后来发现就和我们盖房子打地基一个道理，地基在下面才能稳稳地撑起房子，拱肋在下也是更加稳定地撑起了桥面的重量。

不过呢，简支下承式拱桥也有一些让我疑惑的地方。

比如说在非常大的风力或者地震力作用下，它这种力的分散机制会不会有失效的可能呢。

我还得再深入研究研究。

另外，这种桥在承载能力上似乎和拱肋的弧度也有关系。

我感觉拱肋的弧度越大，它分散重量的能力就越强，就好像我们弯一根树枝，弯得越厉害，它储存的弹性势能就越大，能承受的力也就越大。

DOI:10.16330/ki.1007-7359.2022.06.065
1
工程概况
引江济淮自南向北划分为引江济
巢、江淮沟通、江水北送三大工程段落。
本项目位于引江济淮兆河段，兆西河通
江Ⅰ级航道是贯彻落实交通强国战略的
重要项目，引江济淮兆河Ⅰ级航道桥梁
通 航 净 高 不 小 于 22m，航 道 底 宽 为
板设置需要，主纵梁为平行四边形布置，
腹板与底板夹角为 83.5°。纵梁腹板间
距 1.5m，梁高 2.0m。
横梁间距 3.6m，每 7.2m 设置一组
斜 向 的 吊 杆 ，吊 杆 与 水 平 线 夹 角 均 为
66°。横向两道主纵梁间布置 1 道小纵
梁，小纵梁顶宽 0.65m，底宽 0.44m，梁
高 0.8m。 主 梁 端 横 梁 高 2.064～
18.5m。 拱 圈 及 主 纵 梁 均 采 用 钢 箱 结
构；桥面系采用组合式桥面板，沥青混凝
土桥面铺装；下部结构采用承台+群桩
基础。
图1
148
姥山桥主桥桥型布置图（单位：cm）
图2
姥山桥效果图
2
结构设计
2.1拱肋设计
主拱为两片钢箱拱，单片拱肋整体
倾斜布置，内倾角度为 6.5°（与铅垂面夹
角）。拱肋中心跨径为 187.2m，立面矢
肋 四 分 点 位 置 附 近 ；最 大 拉 应 力 为
138.1MPa，发生在系梁四分点位置。主
拱 肋 及 系 梁 受 力 较 为 均 匀 ，均 小 于
Q345qD 钢材的设计应力 270MPa。
本文重点介绍了引江济淮兆河Ⅰ级
航道姥山桥设计和施工方案。该桥结构

新 开 河 立 交 桥 为 哈尔 滨 至 大 连 客运 专 线 跨 越 长春市富 民大街 而设 。 富民大街宽度为８ 客专 ０ｍ， 正线与富 民大街 夹角 为３ 。 由于分隔带上布设有 １。 １ 根 １８ｍ的 污 水 管 ， 具 备 设 置 中 间墩 的条 件 ， ． 不 因此只能采用 大跨度桥梁通过 。桥位距 客专长春 西 站 约 ３０ｋ 由于 距 站 场 较 近 ， 梁 的建 筑 高度 ． ｍ， 桥 受控 ， 因该桥位于城 区主干道 之上 ，其特殊 的 又 地 理 位 置 决 定 了该 桥 特 殊 的 标 示 性 和 景 观 需 求 。 作为 客 运 专线 引入 枢 纽 的关 键 性 工 程 ，该 桥 的设 计 积极 采 用新 技 术 ，以 与客 运 专 线 的技 术 特 征 相 适 应 。综 上 所 述 ， 桥 桥 型 方 案 选 用 １８ｍ钢 箱 叠 该 ３ 拱（ 图１ ， 面布置如 图２ 见 ）平 所示 。
４ 主 要计 算 工况
拱 脚 局部 模 型对 以下工 况进 行 了有 限元 分 析 ： （ ） 载 （ 期 恒 载 ＋ 期 恒 载 ） １恒 一 二 。
（ ）Ｋ ２ Ｚ 活载最不利加 载Ｌ 使得 以下各个量值 （ 最 不 利 时 的 活 载 布 置 ） ： ａ． 使 上拱肋轴向压力最大 ； ｂ使下拱肋轴 向压力最 大 ； ． ｃ使 上拱 肋 竖 向 弯 矩 最 大 ； ． ｄ使 下 拱 肋 竖 向弯 矩 最 大 ； ． ｅ． 使 系梁轴向拉力最大 ； 为 一 个 荷 载 工 况 ，在 １４ｍ×１ ． ． ｍ的支 座 范 围 内 ４ ｆ 系梁竖向弯矩最大 ； ． 使 加上合力大小相等的面荷载 ，这样在拱脚局部 模 ｇ使 系 梁轴 向剪 力 最 大 ； ． 型 中既模拟 了支座的面支撑 ，又放松 了支座对 转 ｈ使 系 梁 跨 中竖 向挠 度 最 大 。 ． 动的约束 ， 符合支 座处 的实 际受力情况 。 局部模 型 （ ） 荷 载 Ｆ ３风 ： 边界条件为 ： 系梁 端 部 为 固定 支 座 ， 横 梁 处 为 竖 端 ａ 车风荷载 ； ． 无 向和 纵 向约束 ， 系梁 处 为竖 向和 横 向约 束 ， 脚 处 拱 ｂ有 车 风 荷 载 。 。 为 竖 向约束 。 （ ） 度 荷 载 Ｔ ４温 ： 主要计 算参数 ： 全部钢材 采用Ｑ ７ｑ 级钢 ， ３ ０Ｅ 弹性 ａ整 体 升 温 ２ ． ８℃ ； 模 量Ｅ ２１ ０ Ｍ ａ泊松 比 ＝ ．。基 本容 许应 力 ： ＝ ．×１ Ｐ ， ０３ ｂ 体降温４ ． ． 整 ６５℃。 轴 向 应 力 【 】２ ０Ｍ ａ 弯 曲应 力 【 ＝ ２ ａ剪 ＝ １ Ｐ ， 盯】２０ＭＰ ， （ 长 钢 轨 纵 向水 平 力 ： ５） ａ． 切 应 力［ ＝ ２ ａ 端 部 承压 ３ ５ＭＰ 。 服 强 度 ： Ｔ】１ ５ＭＰ ， １ ａ 屈 伸缩力 ； 盯 ＝ ７ ａ 同 时 根 据 板 厚 进 行 允 许 应 力 的 调 ３０ＭＰ ， ｂ挠 曲力 。 ． 整 。桥 面 板 混 凝 土 采 用 Ｃ ０ 收 缩 混 凝 土 ， 性 模 ５少 弹 （ ） 向摇 摆 力 。 ６横 量 Ｅ Ｉ４ ＝． ２×１４ ａ 泊 松 比 ＝ ．。 ０ ＭＰ ， ０ ２ （ ） 不利脱轨荷载 。 ７最 采 用 大 型 通 用 有 限元 软 件 ＭＩ Ａ 对 拱 脚 局 部 Ｄ Ｓ 主要 荷 载 组合 ： 进 行 受 力 特 性 分 析 ：局 部 空 间 有 限元 模 型全 部 采 荷 载组合 １ 载 ＋Ｚ 活载最 不利加 载＋ ： 恒 Ｋ 混凝 用板单元 模拟实桥 拱脚 的各 个板件 ， 包括 ： 板 ， 土 收缩 徐 变 ＋ 向 摇 摆力 ； 顶 横 荷 载 组 合 ２荷 载 组 合 ｌ 有 车 风荷 载 ： ： ＋ 底 板 ， 板 ， 隔板 和加 劲 肋 以及 支 座 垫 板 。板 单 腹 横 荷 载 组 合 ３荷 载 组 合 １ 有 车 风 荷 载 ＋ 体 升 ： 十 整 元 具 有 ４ 节 点 ， 个 结 点 具 有 ６ 自 由度 、个 线 个 每 个 ３ 温２ ８℃ ； 位 移 与３ 角 位 移 。 脚 局 部分 析 有 限 元模 型 如 图 个 拱 荷 载组合４荷 载组合 ｌ 有 车风荷 载＋ 体降 ： ＋ 整 ４ 示。 所

和图 ４所 示 。
模型 Ｉ 材料特性如下 ： 混凝土弹性模量为３４ ．５ ×１ ０加 Ｐ 泊 松 比为 ０ ２ 密度 为 ２ ．ｋ ／ 钢 弹 ａ ．， ５５Ｎ ｍ ；
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图 ３ １２主 拱 肋 立 面 图 （ 位 ：ｌ ） ／ 单 ｎｎ ｌ
梁， 梁高 ３ ５ 梁宽 ２ ．ｍ。吊杆采用单 索面布 ． ｍ， ９５ 置， 低应力 防腐索 体 ， 吊杆材 料为高 强平行钢 丝
索 。系杆 采用 高强 平 行 钢 丝拉 索 。 主桥 中墩 处设 置纵 向固定 支 座 ， 墩 处 设 置 纵 向滑 动 支 座 。主 边 桥 中墩及 边 墩基 础 采用 直 径 ２０ｍ ～２０ｍ 的钻 ８ｅ ３ｅ
和板单 元 为从 节 点 。模 型 Ｉ 用 节 点 ４ ７ ３个 ， 共 ７５
共 用单 元 １ ３ ８ ９ ４ １个 。
性 模量 为 ２ １×１ｎ ａ泊 松 比为 ０３ 密 度为７ ． ． ０ Ｐ， ．， ８５ ｋ／ Ｎ ｍ 。模型 Ｉ和 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ的材 料 特 性 同模 型 Ｉ ／ 。１２ 主拱肋立 面 图 和有 限元 模 型 Ｉ 载 图分 别 如 图 ３ 加
１ 模型 Ｉ 概况
模 型 Ｉ 用 有 限 元 软 件 Ａ Ｓ Ｓ １０， 要 模 采 Ｎ Ｙ １． 主 拟钢 管 混凝 土拱 在 最不 利 荷 载 组 合 （ 载 ＋汽 车 恒
＋ 温度 ＋ 风载（ 有车） ＋制动力 ） 下局部应力 的大 小和分布情况 。拱桥为对称结构 ， 因此选 择了半 跨拱桥进 行建 模分 析 ， 中 又选择 了五 个节 段 其

山 西建筑SHANXI ARCHITECTURE第44卷第8期・50・0 0 0 1 年 4月Voi. 44 No. 8Apo. 2001・桥梁・隧道・DOI ：16. 13319/j. c —i. 1009-6825.2021.48.051下承式组合梁钢拱桥的设计分析王彩花(太原市市政工程设计研究院，山西太原036000)摘 要：吉合晋城丹河大桥一一下承式无横撑钢混组合梁钢拱桥的工程项目背景，首先分析该新型组合结构桥梁的特点与难点,然后针对不同部位的构件综合考虑设计技术、施工方法和经济等因素，进行理论与计算的分析和研究，最后对将来采用此类型结 构的桥梁设计提出建议以供参考。

关键词:无横撑,钢混组合梁,钢箱拱中图分类号:U440.5文献标识码:A文章编号:1609-2822 (2221 )08-6104-631工程背景丹河快线工程项目是构建晋城市“两场、两站、三环、一线、十通道”城市道路骨架体系的重要组成部分。

工程建设 对拉开城市框架,拓展城市空间,带动沿线土地开发,拉动城市经济快速发展以及高铁机场与晋城市区的快速连接具 有重要意义。

项目工程位于晋城市“六区联动、组团发展”的高铁新 区，为规划“一线”的重要组成部分，是南北纵向主干道，将串联多条东西向的主要干道,形成区域交通集散的大通道。

其中位于规划丹河湿地公园范围内,紧邻丹河龙门风景旅 游区的丹河大桥正是丹河快线的关键节点工程。

按照晋城市丹河桥梁“一桥一景”的设计原则,本着突出桥梁自身特色的主旨,在深入分析城市历史文化内涵的基础上采用行业领先的设计技术，力求建造一座技术水平先进，充满晋城文化气息的跨河大桥。

2工程建设范围及规模丹河大桥工程位于丹河快线，由北引桥、主桥和南引桥三部分组成，其中主桥为单跨154 m 下承式无横撑钢拱一钢混组合梁组合体系拱桥丄2],南北两侧引桥均为(3 n37 +3n36)m 预应力混凝土连续箱梁桥。

工程范围内桥梁总长533 m ,桥面全宽53.5 m 。

系杆拱桥结构受力分析作者：***来源：《中国水运》2021年第12期摘要：系杆拱桥兼具拱桥的跨越能力和简支梁桥对地质基础的适应能力的优点，故而广泛应用于国内外的桥梁建设。

本文以某系杆拱桥为研究背景，用有限元软件Midas/Civil对桥梁进行模拟，分析其吊杆和拱肋结构受力，得出以下结论：（1）恒载引起吊杆和拱肋的内力比活载较大;（2）在恒载和活载作用下，拱肋在拱脚处弯矩较大;（3）对于有纵坡的系杆拱桥，其纵向的不对称性会对拱肋弯矩产生影响。

研究结果可为同类桥梁设计与后期加固提供参考依据。

关键词：系杆拱桥;Midas/civil;受力分析中图分类号：U448.22+5 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）12-0151-03系杆拱桥是主要由拱肋、吊杆和系梁组成的一种复合结构体系，因其内部超静定外部简支的受力特性，故兼具有拱桥的较大跨越能力和简支梁桥对地基适应能力强两大特点。

当桥面高程受到严格限制而桥下又要求有较大的净空，或当墩台基础地质条件不佳但又要保证较大跨径时，系杆拱桥是一种较优越的桥型[1-4]。

由于系杆拱桥设计和施工技术逐渐趋于成熟，在许多城市建设和公路修建上得到大量运用，如广州南沙凤凰三桥、扬州大运河桥等，均为系杆拱桥结构[5-6]。

但随着时间推移，许多系杆拱桥均存在服役过久，使用负荷较大现象，而且当时设计和施工技术不完善，导致目前部分系杆拱桥仍存在许多问题，如出现裂缝，变形等病害，甚至直接发生倒塌，危及人民生命财产安全[7-8]。

为减少此类情况发生，笔者以某系杆拱桥为研究背景，以此桥的受力情况分析其内力作用机理。

具体方法为，使用有限元软件Midas/Civil 对桥梁进行数值模拟，以软件模型模拟桥梁真实受力情况，并读取其各部件在荷载作用下的内力情况，分析其吊杆和拱肋结构受力，本文研究结果可在同类桥梁设计以及后期加固过程中提供一定的参考依据。

1工程概况桥梁全长179米，全宽40米，按整幅桥设计。

系杆穿过主横梁 ， 在引跨侧锚 固张拉。
蛳Ｉ ¨ ¨
应力的方式来保证钢梁上内力平顺传递到混凝土横
梁上。为增加钢混结合段传力 的可靠性 ， 将钢结构
段 伸 人 混 凝 土 内约 １ ． ０ ｍ， 通过设置 Ｐ Ｂ Ｌ剪 力 键 来
保证与混凝土的可靠连接。
本 桥 主拱 结构 为外 倾 式拱 桥 ， 拱肋 高 ２ ４ ｍ， 矢 跨 比１ ／ ４ ． ９ １ ７， 横桥外倾 ， 倾斜度为 １ ８ 。 。拱 轴 线 为 二
吊索共 ４根 。 系杆采 用 １ ５—５ ５型 钢 绞 线 成 品系 杆 索 。 系杆
动车道部分 中心梁高 １ ． ４ ｍ， 边缘梁高 １ ． ２ ５ ９ ｍ， 吊索
间距 ４ ｍ， 吊索 位置 设 置 吊索 横 隔板 ， 普 通 隔板 间距 为２ ． ０ ｍ。非 机 动 车 道 部 分 采 用 钢板 梁 结 构 。人行 道 部 分采 用在 吊索横 隔板 悬 挑 上 设 钢 管 纵 梁 ， 再 铺
中图分 类号 ： Ｕ ４ ４ ８ ． ２ ２ ５ 文献标识码 ：Ｂ
ｌ 工程概 况
次抛 物 线 。 拱 肋 、 拱 肋 加 劲 肋、 拱 肋 隔 板 均 采 用 Ｑ ３ ４ ５ Ｅ钢材 ， 面外 受 拉钢 板 采用 Ｑ ３ ４ ５ Ｅ— Ｚ ２ ５钢材 。
文 艺大 桥跨 径 布置 为 ２ ６＋ ２ ７ ． ８＋１ １ ８＋ ２ ７ ． ８＋
～｝ 图圈 图 博 一
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图 ４ 钢 混组 合连 接 段 构 造 断面 图
图 １ 文艺 桥 全 桥 三 维 图
北 方 交 通
２ ０ １ ５年

从 图 ４所示的拱脚连接区域主拉应力 和主压应力 等值线云图上可以看出该区域拉压应力集 中的位置： 拉应力最大的部位 出现在拱肋 上下弦管 之间的翼缘板 和前后两块竖板相交的边界部位 ，最大拉应力达到了 １０４．８ＭＰａ，最大压应力 出现在 拱肋下 弦管底板 与系梁 顶板之间的竖板的三角圆弧部分 和拱肋 上下 弦管之间 翼缘板两端的圆弧部分，最大压应力为 １９６．８ＭＰａ。
且受系杆强大集 中力的作用 ，容易在主拉应力方向 力更 为 复杂 ，尤 其 是 边 拱 与 刚性 系杆 连 接 区域 （图
发 生开 裂 ，因此 对于这 个部 位 的受力应 当引起 重视 。 ２）要 承受拱 肋 与 系杆 传 来 的轴力 与弯 矩 、支座 的反
深 圳北 站大 桥 和 四川 成都青 龙场 立交 桥对 该 部位 都 力和系梁的预应力 ，在横向还要承受端横梁的弯矩、
关键 控制 点之 一 ，因 此 有 必 要 对该 区域 进 行专 门 的
研究 ，结合 有 限元 仿 真 精 细 化 分 析 和大 比例模 型 试
验 ，以定 量地得 出在 各 种 不 利 工 况下 其 应 力分 布 状
况及变形特征 ，用 以指导设计 ，确保结构的安全。
图 １ 桥 型布置 图
元模 型 采用 了 ３种 单 元 ：外 部 钢 箱 与拱 肋 采 用 四结
点等参壳单元 ，系梁 与端横梁混凝土采用八节点六
面体单元，系梁与端横梁 中的预应力筋采用空间杆
单 元模 拟 。
●！± 苎． 曼 兰§，ｅ＾
图 ２ 连 接 区域 构 造 图
荷载取 自全桥结构有限元模 型分析结果 ，同时 为避免 在加 载部 位 出现 应力 集 中现象 而对 有限元模 型进行 了以下 处 理 ：在拱 肋 上 下 弦管 加 载部 位 各 延

××大桥拱圈浇筑过程中拱圈支架的受力分析××大学应用力学研究所目录1.工程概况 (1)2.有限元分析模型的建立 (1)2.1.结构模型的简化 (1)2.2.材料说明 (3)2.3.按设计说明要求进行整体计算 (3)2.3.1.拱架位移 (4)2.3.2.拱架应力 (5)2.3.3.拱架稳定 (5)3.砼施工过程中拱架受力计算 (6)3.1.荷载的简化 (6)3.2.施工阶段的模拟 (7)4.各施工阶段拱圈支架的受力情况 (7)4.1.第一阶段：拱架自重，拱盔荷、载风荷载作用 (7)4.1.1.拱架位移 (7)4.1.2.拱架应力 (8)4.2.第二阶段：对称浇筑拱脚段22.447m底板 (8)4.2.1.拱架位移 (8)4.2.2.拱架应力 (9)4.3.第三阶段：浇筑拱顶段30.762m底板 (9)4.3.1.拱架位移 (9)4.3.2.拱架应力 (10)4.4.第四阶段：对称浇筑1/4跨段20.073m底板（底板合拢） 104.4.1.拱架位移 (10)4.4.2.拱架应力 (11)4.5.第五阶段：对称浇筑拱脚段22.72m腹板 (11)4.5.1.拱架位移 (11)4.5.2.拱架应力 (12)4.6.第六阶段：浇筑拱顶段31.137m腹板 (12)4.6.1.拱架位移 (12)4.6.2.拱架应力 (13)4.7.第七阶段：对称浇筑1/4跨段20.318m腹板（腹板合拢） 134.7.1.拱架位移 (13)4.7.2.拱架应力 (14)4.8.第八阶段：对称浇筑拱脚段23m顶板 (14)4.8.1.拱架位移 (14)4.8.2.拱架应力 (15)4.9.第九阶段：浇筑拱顶段31.513m顶板 (15)4.9.1.拱架位移 (15)4.9.2.拱架应力 (16)4.10.第十阶段：对称浇筑1/4跨段20.563m顶板（顶板合拢） 164.10.1.拱架位移 (16)4.10.2.拱架应力 (17)5.各施工阶段拱圈支架的稳定情况 (17)5.1.整体稳定计算 (17)5.1.1.浇筑底板时拱架的整体稳定计算 (17)5.1.2.浇筑腹板时拱架的整体稳定计算 (18)5.2.局部稳定计算 (19)5.2.1.上弦杆局部稳定计算 (20)5.2.2.下弦杆局部稳定计算 (20)5.3.抗风倾覆性验算 (22)6.总结 (22)7.结论与建议 (23)1. 工程概况××大桥是××至四级公路项目中的一座大型桥梁，里程桩号K0+177.675～K0+327.325，桥梁全长149.65m ，桥型布置为：2x10m （钢筋混凝土空心板）+1x105（箱型拱）+1x10m （钢筋混凝土空心板），主桥桥宽9.0m 。