浅谈梁拱组合体系桥梁的设计
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连续梁拱组合桥梁设计关键技术摘要:连续梁拱组合桥梁结构形式具有强度指标高、刚度性能好等多个特点,可以使桥梁结构的运用年限得到进一步增加。
不过在设计期间需要围绕连续梁拱组合桥梁项目的具体状况进行全面、深入的考虑,依照城市交通的荷载压力等多项要求,围绕组合结构的受力状况进行明晰,提升设计关键技术的标准性与合理性,降低工程质量缺陷的存在,保证整个结构的牢靠性与稳定性。
所以,本文决定围绕连续梁拱组合桥梁设计关键技术展开简要的研究。
关键词:连续梁拱;组合桥梁;项目设计;关键技术对传统桥梁结构设计进行对比得以看出,连续梁拱组合桥梁这种设计形式具有一定的复杂性,在设计期间既应当联系工程施工环境情况来明确桥梁受力参数,又应当围绕桥梁受拉、拱脚受力状况等多方面的影响因素进行全面有效的考虑。
如果要真正确保这种结构形式的稳定性与牢靠性,使整个结构的强度水平得到优化,则需要对其设计指标进行明晰,根据工程技术标准与结构受力特征选择合适的关键技术来围绕项目展开具体的设计,确保连续梁拱组合桥梁结构的每个着力点皆可以实现受力均衡,保证工程设计质量可以与现代桥梁结构的设计标准相符,给地区经济的稳步增长打下较好的根基。
一、连续梁拱组合桥梁发展简介在交通网络体系中,桥梁是非常关键的建筑结构物,桥梁的建造代表着国家交通行业的进步,桥梁结构的设计存在不少的形式,常见的有简支形式、连续梁形式等,在桥梁跨径不断扩大下,跨中弯矩也同样因此而扩大。
另外,在桥梁施工期间,梁体高度的提升会使桥梁的活载占用率受到一定的影响,让桥梁的运用范畴遭到制约。
因而在行业持续发展下,形成了多种多样的桥梁结构形式,有拱桥、悬索桥等等。
这些形式都具备各自的优点,在这当中,梁拱组合体系桥梁这种形式既具有梁桥的优点又具有拱桥的优点,有利于加强荷载力,使桥梁的运用范畴得到进一步增大。
二、连续梁拱组合桥梁整体桥面受拉设计关键技术的分析1.桥面结构设计关键技术1.1组合桥梁结构的受力状态在围绕连续梁拱组合桥梁结构展开具体设计的过程中,由于顾及到桥梁整个桥面的受拉状况,设计人员需要围绕该结构的受力状态展开具体的剖析与探讨,对关键技术的设计方式进行合理调节。
浅谈梁拱组合体系桥梁的设计摘要:本文笔者结合自己多年从事桥梁设计方面的工作,主要结合实例进行阐述了梁拱组合体系桥梁的设计。
关键词:桥梁设计;混凝土;荷载;自震特性Abstract: in this paper the author, based on his years of experience in the design of bridge, the paper expounds the examples of beam arch bridge design combination system.Keywords: bridge design; Concrete; Load; Since the earthquake characteristics某市十陵城市公园北起成洛路,南至成渝高速,西起十洪大道,东至外环路,面积为lOkm2。
根据十陵城市公园规划方案,本文所介绍的3号人行桥是公园正门内的第一座桥,跨越东风渠,规划为一梁拱组合体系的蝴蝶拱桥,该桥具有美观上的对称性,远远望去,犹如一只彩蝶在东风渠上翩翩起舞,故取名为“蝴蝶桥”。
1总体设计及结构构造3号桥是一座跨越东风渠的钢结构梁拱组合体系拱桥,拱的跨度为31m,桥面宽度6m,全长33m。
桥面顺桥向起拱500mm,起拱形状为圆弧形,拱的形状为抛物线。
1.1钢管混凝土拱全桥共有两根钢管混凝土拱,形状为二次抛物线,拱平面与水平面夹角为45。
拱跨度为31m,在拱平面内矢高为13.214m,拱肋中心线总长度为42486mm。
拱肋横截面为圆形,直径500mm,钢管壁厚16mm,采用Q345C钢材,钢管内部用C40混凝土填充。
两拱对称布置共28根吊索。
两拱之间在靠近桥头处用拱间联系梁连接,拱间联系梁为圆形钢管,直径351mm、壁厚16mm。
拱与拱间联系梁之间为等强相贯焊接。
1.2钢箱梁该桥中桥面系和钢管混凝土拱共同受力。
其中桥面系主体为钢箱梁,钢箱梁采用Q235B钢材,梁高700mm,顶板、底板和腹板的厚度均为20mm,顺桥向全长33m,为圆弧形,钢箱梁的顶板、底板和腹板之间的连接均采用等强焊缝;钢箱梁上铺50mm的沥青混凝土铺装层。
简支梁拱组合桥的设计与建模设计和建模简支梁拱组合桥是当今桥梁工程上的一个关键问题。
本文的目的是探讨简支梁拱组合桥的设计和建模,并提供一种有效的建模工具来预测这种类型的桥梁的结构行为。
为了有效地设计和建模简支梁拱组合桥,关键是要理解它的结构特征和性能要求,包括荷载承载能力、变形特性、疲劳强度和耐久性等。
这些性能要求必须包括在桥梁的结构设计和建模中,并支持桥梁的完整分析和优化。
在简支梁拱组合桥的设计和建模中,我们需要考虑以下因素:1. 荷载承载能力首先,要确定桥梁的有效跨径和荷载承载能力。
荷载承载能力的计算必须基于桥梁所承受的荷载类型、大小和施载位置等因素,并考虑桥梁的结构特性和材料性能。
2. 变形特性其次,我们需要了解桥梁的变形特性。
变形特性涉及桥梁在不同荷载下发生的变形程度,包括水平变形、竖向变形、转角和切变等。
必须采用合适的分析方法来准确预测桥梁在不同荷载下的变形特性。
3. 疲劳强度简支梁拱组合桥的疲劳强度也是必须考虑的因素。
疲劳强度意味着在重复荷载下,桥梁是否会发生可疲劳裂纹并导致结构崩溃。
疲劳强度分析必须采用有效的方法,并考虑桥梁的周期荷载情况和材料疲劳性能。
4. 耐久性最后,我们需要考虑简支梁拱组合桥的耐久性。
耐久性是指桥梁在不同环境条件下的持久性能,包括耐久性能、热胀冷缩、环境腐蚀等问题。
关键是要选择合适的材料和结构设计,并采取合适的预防措施来保护桥梁的耐久性。
为了有效地预测简支梁拱组合桥的结构行为,我们需要采用一种有效的模拟和分析方法。
在最近的年份中,有很多建模工具已经被开发出来用于这个目的。
其中一个非常有用的工具是有限元分析程序。
有限元分析程序是一种计算机模拟程序,可用于分析结构的力学行为并预测其行为。
在简支梁拱组合桥的设计和建模中,有限元分析程序可以用于预测桥梁的荷载承载能力、变形特性、疲劳强度和耐久性等因素,并帮助优化桥梁结构设计以提高其性能。
总而言之,简支梁拱组合桥的设计和建模是桥梁工程上的重要问题。
系杆拱桥与连续梁的组合体系桥设计在桥梁工程中,常用的组合体系桥设计包括系杆拱桥与连续梁结合的设计。
这种设计结合了系杆拱桥的自重优势和连续梁的条形刚度特点,能够有效地适应大跨度和大荷载条件下的桥梁需求。
本文将从桥梁设计的背景、设计原理、施工工艺等方面进行详细介绍。
一、设计背景随着城市的发展和人口的增加,桥梁的跨度要求也日益增大。
而传统的系杆拱桥设计往往面临着自重大、荷载分布不均匀等问题;连续梁的设计又存在构造复杂、施工难度大等问题。
因此,考虑到系杆拱桥和连续梁的优点,将两者结合起来进行设计,能够在大跨度和大荷载情况下,充分发挥桥梁的作用。
二、设计原理在设计中,首先需要确定拱桥的形式和尺寸。
系杆拱桥的拱形可以选择圆弧形、大斜弧形或其他形式,各有其特点。
然后,根据跨度和荷载要求,确定拱脚的位置和大小。
接下来,需要设计连续梁的形式和尺寸。
连续梁一般分为简支连续梁和悬臂连续梁两种形式。
通过选择合适的连续梁形式和梁段长度,保证桥梁的荷载传递和变形控制。
最后,将拱桥与连续梁进行结合。
一般来说,将连续梁分割为若干梁段,每个梁段与系杆连接,形成系杆连续梁。
通过系杆梁体的刚度和连续梁梁体的延展性,将两者结合,使得整个桥梁形成刚性和延展性相结合的结构。
三、施工工艺首先,施工拱桥需要选择合适的施工方法。
一般来说,拱桥施工可以采用预制拱块和旁开法两种方式。
在施工中,需要注意保证拱桥形成稳定的初始力学状态,防止拱脚间的变形。
接下来,施工连续梁需要选取合适的施工方法。
连续梁施工中常见的方法包括预制梁片和现浇法。
在施工中,需要注意施工梁片的准确定位和梁体的组合质量。
最后,进行拱桥与连续梁的连接。
将系杆与连续梁连接,一般采用铰接节点或刚性连接方式。
通过连接,保证系杆拱桥与连续梁形成一个整体。
四、设计优势1.充分发挥拱桥和连续梁各自的优点,可以适应大跨度和大荷载工况,提高桥梁的使用寿命和承载能力。
2.利用系杆拱桥的自重和连续梁的延展性,能够较好地控制桥梁的变形,保证结构的稳定性和安全性。
斜靠式梁拱组合体系桥梁设计摘要:以某桥梁工程为例,围绕斜靠式拱桥展开设计,对拱桥结构的设计方法与结构方案展开探讨与分析。
由此得出,斜靠式拱桥本身存在比较优异的空间受力性,应对不对称设计所引起的受力问题进行合理处理,从而使拱桥设计水平获得优化。
关键词:斜靠式拱桥;结构设计;组合设计斜靠式拱桥的整个结构涵盖竖向的主干拱桥,两边分别使用斜靠式设计方法,一起构建形成具备受力功能的空间结构。
竖向的力量荷载依靠主拱、斜靠结构以及竖向梁一起分担,其他力量则依靠二次结构担负。
在载荷基本保持不变的条件下,主拱会承担不同车道的行驶荷载,而横向受力则直接传递到竖向梁上,此时会缺少一些外界推力。
所以,文章决定围绕斜靠式拱桥的结构设计方法展开简要的探讨与分析,目的在于让其切实承担一定的荷载力量。
一、工程概况本桥梁工程横跨海滨公园,用来连接公园两边的交通系统。
桥梁西南边直接通向绿化休闲场所,为附近民众的室外活动提供交通便利。
因为地理环境所带来的空间影响,这个工程项目直接定位成区域范围中的标志性建筑,需要对其景观结构展开合理核计,从而确保与周围环境的融合。
在完成桥梁结构方案的对比与选择之后,最后采取的是斜靠式拱桥结构形式,以钢材为建设主材,让桥梁景观设计效果得到提升。
主干拱桥与分支拱桥使用的是交叉设计方式,拱桥侧面视角广大。
主干拱桥的跨度设计并不大,难以增加桥梁结构高度,对于这一情况,可以适当降低拱桥本身的重量,对构件断面进行严格把控,提升工程结构的轻便性。
主干拱桥和分支拱桥的组接部位加设了膜结构横向支承构造,和附近公园等相互融合在一起。
桥梁项目建设区范围中的地表层包括了人工回填土料等。
下伏层重点由花岗岩构成。
淤泥层的土料厚度大概为十五米,重点是高液限软土。
本桥梁工程所处于地方的地质条件并不好,要对桥梁结构进行正确选择与使用,这样才能够使工程质量获得确保。
在施工中,道路层级包括:交通主干通行要道,使用双向通行、六大车道的设计方式,通行要道两侧设置人行路、观景区;车辆行驶荷载设定成“城-A级”,桥梁跨度小于二十米的情况下,这个级别的行驶荷载标准是每米22.5kN,道路区域中集中受力荷载值设定成140kN。
浅谈某拱形连续梁桥的总体设计作者:何江华来源:《建筑与装饰》2019年第21期摘要拱形连续梁桥是拱桥和连续梁桥组合而成的一种新型桥梁,造型优美、对地基要求不高,基于这种情况,本文作者在阐述拱形桥桥梁总体设计的基础上,探析拱形桥梁的特点和桥梁的总设计要点,从而为桥梁的设计提供理论参考资料。
在拱形桥梁的建设中,主体结构设计与施工方式是文章的重点,在国内桥梁的建设中,桥梁的发展还需要积累优秀的桥梁建筑经验。
关键词拱形连续桥梁;景观桥梁;总体设计翔安东坑湾大桥桥梁建设全长1087M,本项目位于翔安东坑湾片区,北起海翔大道,南至翔安南路,项目所处翔安区马巷镇和新店镇,路线全长约6.44Km,城市主干路,标准段道路红线宽度43m;主线双向六车道布置,设计时速60Km/h,辅道设计时速40Km/h;东坑湾大桥是厦门市当地比较重要的桥梁工程。
在方案设计中需要综合考虑几个要点,桥梁地址靠海,与轨道桥梁并行以及桥跨布置等。
1 拱形连续桥梁1.1 桥梁构造分析拱形连续桥梁是属于连续桥梁体系的一种拱桥,是将变截面连续梁的根部厚度加高且调整桥梁底线,让梁底面形成拱形结构,受力特征与V型支撑连续梁类似,梁底面曲线可以设计成几种方式,如悬链线与抛物线、圆曲线等,拱形连续桥梁的设计也是与普通连续桥梁一样采用预应力混凝土设计。
拱形连续桥梁的矢跨比可以根据桥梁设计的实际情况相应做出改变,常规情况下维持在六分之一到十分之一之间。
桥梁设计中还可以根据是否设置支座来分为支撑体系和刚构体系[1]。
1.2 结构受力分析实腹型拱形连续桥梁的本质就是变截面连续桥梁,在设计中如果只按照梁单元分析设计,水平推拉力相当于不存在,从细节分析看墩顶区域水平拉力较大,受力和空腹式拱形连续桥梁类似。
空腹式拱形连续梁的构造形式与拱桥类似,桥梁在荷载作用下水平推拉力逐漸被放大,这部分推拉力除了被基础分担一部分之外,其余部分都需要设置水平预应力钢束来分担。
预应力被分担的情况下对地基要求低,软土地质同样适用。
浅谈梁拱组合体系桥梁的设计
摘要:本文笔者结合自己多年从事桥梁设计方面的工作,主要结合实例进行阐述了梁拱组合体系桥梁的设计。
关键词:桥梁设计;混凝土;荷载;自震特性
Abstract: in this paper the author, based on his years of experience in the design of bridge, the paper expounds the examples of beam arch bridge design combination system.
Keywords: bridge design; Concrete; Load; Since the earthquake characteristics
某市十陵城市公园北起成洛路,南至成渝高速,西起十洪大道,东至外环路,面积为lOkm2。
根据十陵城市公园规划方案,本文所介绍的3号人行桥是公园正门内的第一座桥,跨越东风渠,规划为一梁拱组合体系的蝴蝶拱桥,该桥具有美观上的对称性,远远望去,犹如一只彩蝶在东风渠上翩翩起舞,故取名为“蝴蝶桥”。
1总体设计及结构构造
3号桥是一座跨越东风渠的钢结构梁拱组合体系拱桥,拱的跨度为31m,桥面宽度6m,全长33m。
桥面顺桥向起拱500mm,起拱形状为圆弧形,拱的形状为抛物线。
1.1钢管混凝土拱
全桥共有两根钢管混凝土拱,形状为二次抛物线,拱平面与水平面夹角为45。
拱跨度为31m,在拱平面内矢高为13.214m,拱肋中心线总长度为42486mm。
拱肋横截面为圆形,直径500mm,钢管壁厚16mm,采用Q345C钢材,钢管内部用C40混凝土填充。
两拱对称布置共28根吊索。
两拱之间在靠近桥头处用拱间联系梁连接,拱间联系梁为圆形钢管,直径351mm、壁厚16mm。
拱与拱间联系梁之间为等强相贯焊接。
1.2钢箱梁
该桥中桥面系和钢管混凝土拱共同受力。
其中桥面系主体为钢箱梁,钢箱梁采用Q235B钢材,梁高700mm,顶板、底板和腹板的厚度均为20mm,顺桥向全长33m,为圆弧形,钢箱梁的顶板、底板和腹板之间的连接均采用等强焊缝;
钢箱梁上铺50mm的沥青混凝土铺装层。
1.3吊索
每根拱上有吊索14根,共有吊索28根,吊索顺桥向水平间距1.6m。
吊索与拱、钢箱梁之间通过耳板连接。
该桥所采用的吊索为5×31平行钢丝束。
不含PE保护层的钢丝束直径为32mm,截面积为2117mm2。
2 结构特点和方案分析
2.1结构传力路径
蝴蝶拱桥的结构特点是:桥面系铺装于两拱肋之间的钢箱梁上,钢箱梁在横桥向两端分别由拱肋悬吊,两拱肋之间在底部用拱间联系梁连接,以增加桥梁的整体稳定性。
整座桥梁的上部结构布置如图1所示。
图1蝴蝶拱桥结构布置简图
该桥为梁拱组合体系桥,钢管混凝土拱肋和钢箱梁共同承受桥面荷载,全桥结构的计算模型为拱肋、吊索、钢箱梁和拱间联系梁,采用的参数为:主拱采用二次抛物线,在拱肋平面内矢跨比为/L=1/2.296,拱肋底部与基础之间为刚性连接,拱肋与钢箱梁之间用吊索连接,钢箱梁在桥头处与基础之间铰接。
图2拱肋和钢箱梁的受力体系
拱肋和钢箱梁的受力体系如图2所示。
拱肋受到吊索拉力合力s,拱肋自重G和拱间联系梁拉力c的作用;钢箱梁受到吊索拉力s、自重和施工荷载的作用,考虑施工荷载为0.2倍的满布人群荷载,自重和施工荷载的作用合计为W.
为了使拱肋尽可能少受平面外弯矩,应使力S和力G在拱肋根部所产生的合力矩尽量小(由于力C距离拱肋根部的距离很近,故对拱肋根部的平面外力矩的贡献可忽略不计),因此要求钢箱梁和拱肋的自重必须满足一定的关系,同时要求吊索的拉力的合力s指向桥梁内侧,若设s的延长线与水平面所成的锐角为a ,拱肋平面与水平面的夹角为a1,则首先需满足al<a2,另外,若假设拱肋根部的平面外弯矩为零,则可以得出如下关系:
Ssin(a2一a1)= Gcosa2
2Scosa1=W
由以上两式可得
Wsin(a2一a1)=Gcosa1cosa2 (1)
蝴蝶拱桥的设计中,应使拱肋和钢箱梁的自重尽可能满足或接近满足式(1)。
该桥中a1在380到420之间,a2=450,满足al<a2。
同时,根据Midas/Civil 显示的结果,W和G的关系也近似满足式(1)。
2.2结构方案分析
该桥为一种特殊的梁拱组合体系桥梁,蝴蝶拱的应用,使该桥的结构新颖、外形美观,由于拱肋和钢箱梁的重量搭配适当,使蝴蝶拱克服了受力上的缺陷,具有和普通竖向拱相似的受力特性。
蝴蝶拱肋是全桥主要的承重构件,承受大约三分之二的人群荷载,同时起到了增大桥梁刚度的作用;钢箱梁为辅助承重构件,承受大约三分之一的人群荷载,同时平衡拱肋由于自重产生的平面外弯矩以及减小拱肋的竖向位移;吊索连接拱肋和钢箱梁,使之相互配合、相互平衡,共同承受人群荷载,同时也可以通过调节吊索的预应力来改善结构的受力状态;拱间联系梁连接两侧拱肋,增加了全桥的稳定性。
3 结构静力分析与计算
3.1计算模型
计算采用MIDAS/Civil程序建立桥梁的空间模型,整体坐标轴定义为:顺桥向为x轴,横桥向为Y轴,竖直高度方向为z轴。
异型钢箱梁按照箱梁截面不同部位,离散为不同厚度的薄壁板单元Plate单元,钢管混凝土拱离散为梁单元Beam单元,吊索离散为只受拉桁架单元Truss单元,拱底部与桥台之间设为固结,钢箱梁与桥台之间设为铰接,拱桥空间计算模型见图3。
图3 蝴蝶桥有限元计算模型
3.2荷载
计算中的永久荷载为自重荷载,由程序自动计算;基本可变荷载为人群荷载,取5.OkN/m2的均布荷载;其他可变荷载有风荷载和温度荷载,风荷载按《公路桥涵设计通用规范》( JTG D60—2004)计算后,加载到计算模型的各单元上,温度荷载取整体升温温差为12.3℃,整体降温温差为一30.9℃。
偶然荷载主要为地震荷载。
3.3静力计算结果
对各种荷载进行组合按允许应力法计算桥体各部分最大应力,得到在各种组合工况下钢管混凝土拱的最大应力为122MPa,钢箱梁上的最大应力为87 MPa,吊索最大内力为154kN,应力满足设计要求。
对各种荷载进行组合按正常使用极限状态计算桥体各部分最大位移,得到各种组合工况下钢管混凝土拱的最大位移为向下113mm,钢箱梁上的最大位移为向下48mm,位移满足设计要求。
4结构动力分析与计算
4.1桥梁自震特性分析
运用MIDAS/Civil程序进行全桥特征值分析,得到桥梁的空间自振频率和振动模态。
限于篇幅原因,仅列出前10阶振型的自振频率见表1。
其中有代表性的振型示意图见图4。
从表1和图4中可以看出,第6阶振型为桥面系的竖向振型,对应自振频率为4.995Hz,大于行人舒适度要求的3Hz,满足要求。
第l阶:拱的反对称侧弯振型第2阶:拱的对称侧弯振
第3阶:桥面扭转振型第4阶:拱的扭转振型
第6阶:桥面的竖向弯曲振型第9阶:拱与桥面耦合振型
图4有代表性的振型示意图
4.2地震分析
根据地勘报告,桥梁所在场地为Ⅱ类场地。
在选择地震波时,采用E1 Centro 波和Hollywood波以及北京人工波等三种地震波对该桥进行时程分析。
在进行时程分析时,要求选择的地震波的反应谱与设计采用的反应谱在统计意义上相符,并采用小震的地震波峰值加速度。
因此,需要对选取的地震波进行调幅。
根据《建筑抗震设计规范》,成都地区抗震设防烈度为Ⅶ度,设计基本地震加速度值为0.10g,其时程分析所用多遇地震峰值加速度为35cm/s2。
由波形图可知,E1 Centro 波、Hollywood波及北京人工波的最大加速度分别为:0.3569g,0.05923g,0.07138g。
故其调幅系数分别为:0.100,0.603,0.500。
表1结构自振频率与振型
在我国桥梁抗震设计规范中,不同方向的地面运动所引起的内力应考虑下列组合,按最不利结果进行抗震设计:①纵桥向;②横桥向;③纵桥向+竖向;
④横桥向+竖向(其中竖向加速度值取1/2—2/3纵桥向加速度值)。
根据规范,本文采用MIDAS软件,计算了一维的两个方向,二维的两种组合,以及三维的组合:纵桥向+横桥向+竖向(竖向取1/2纵桥向加速度值),作为地震波输入,进行结构的地震响应分析。
采用有限元软件MIDAS/Civil进行桥梁的整体地震分析,分析结果主要为地震作用下桥梁的应力情况以及位移情况。
在分析过程中,位移均以指向坐标轴正方向为正。
通过对三组地震波的一维、二维以及三维输入后的计算结果进行比较,得出如下结果:考虑自重和预应力作用时,在Hollywood波作用下,该桥的局部出现较大的应力,最大应力值约为82MPa,位置在拱肋中部,与设计采用的Q345钢材的设计值相比,安全系数达3.5,完全满足安全性能和使用性能的要求。
5结论
该市政公园蝴蝶拱桥为一梁拱组合体系拱桥,蝴蝶拱的应用使该桥结构形式新颖,造型优美,为拱桥家族中增添了新的一员。
本桥为一种特殊的梁拱组合体系桥,要使蝴蝶拱克服受力上的缺陷,必须处理好两个问题:一是拱肋与水平面的夹角以及吊索于水平面夹角的关系;二是拱肋和钢箱梁的重量和刚度分配问题。