风荷载作用下钢拱桥施工阶段稳定性分析

钢桁桥的稳定性相关问题分析摘要：随着我国公路桥梁事业不断发展，钢桁桥应用越来越广泛，但是其稳定性也显得尤为重要。

本文重点对于钢桁桥的稳定性相关问题进行分析，在介绍钢桁桥稳定基本情况基础上，还针对当前稳定性的研究方法进行讨论。

关键词：钢桁桥，稳定性，承载能力，判定方法1引言钢桥由于采用高强度的材料而且易于加工，因此构件重量轻，运输、架设方便，是大跨径桥梁的理想材料，目前各类体系桥梁中，其最大跨径的桥梁皆为钢桥。

在要求工期短，施工干扰小的桥梁中，钢桥也是很好的选择。

钢桥的主要优点是：可以实现完全工业化的制造和拼装；上、下部结构可以同时施工，能够加快施工进度；由于钢材具有匀质性、构件轻的特点，用悬臂法施工比较方便；可以较方便的跨越大跨，节省施工时问和费用。

而钢桁桥除了具有钢桥的优点之外还有其自身独特的优点：可以上、下双层通车，能够满足公、铁两用及大交通量的需求；构件预制拼装速度快，经济效益显著等[1,2]。

而钢桁桥的稳定性的研究工作较少，本文主要讨论了钢桁桥的稳定性相关问题。

2钢桁桥的稳定性研究世界上曾经有过不少桥梁因失稳而丧失承载能力的事故。

例如：俄罗斯的克夫达敞开式桥，于1875年因上弦压杆失稳而引起全桥破坏；1891年瑞士一座长42m的桥，当列车通过时，因结构失稳而坍塌，造成200多人死亡；加拿大的魁北克(Quebec)桥于1907年在架设过程中由于悬臂端下弦杆的腹板翘曲而引起严重破坏事故，并且该桥在1916年9月11开园施工中的问题二度坍塌；前苏联的莫兹尔桥，于1925年试车时由于压杆失稳而发生事故；澳大利亚墨尔本附近的西门(WestGate)桥，于1970年在架设拼拢整孔左右两半(截面)钢箱梁时，上翼板在跨中央失稳，导致112m的整体倒塌。

近年出现的事故如1998年9月，浙江宁波招宝山斜拉桥在施工时主梁断裂，其中一个主要原因就是箱梁的底板过薄，在施工荷载作用下主梁被压溃。

2.1稳定的概念与分类桥梁结构的稳定性是关系其安全与经济的主要问题之一，它与强度问题具有同等重要的意义。

系杆拱桥的稳定性分析摘要：介绍钢管混凝土拱桥一类稳定问题，以一座计算跨径为80.6 m的系杆拱桥为研究对象，建立空间有限元模型，对结构进行屈曲分析，计算出各几何参数对体系一类稳定影响，总结出一般性结论，为优化结构设计提供依据。

关键字：拱桥；几何参数；稳定分析；有限元法0 引言桥梁结构的失稳现象表现为结构的整体失稳或局部失稳。

结构稳定问题的两种形式：第一类稳定，分支点失问题；第二类稳定，极值点失稳问题。

第一类稳定分析，是指如果拱所承受的荷载达到一定的临界值时，拱的平衡状态会丧失稳定性，这是由于拱的平衡状态出现了分支，使原来的平衡状态失去了稳定性转向新的平衡状态。

第二类稳定分析，对于大跨度拱桥，由于其宽跨比相对较小，相对刚度较弱，在外界因素作用下结构的内力除了轴向力外，弯矩，扭矩所占的比重比较大，结构的变形为非线性状态，结构的受力性能由弹性状态进入非弹性状态，从而使得结构发生压溃破丧失了结构的稳定承载力，这种现象称之为拱的承载能力破坏(即第二类失稳破坏)。

1 稳定分析有限元原理根据空间梁单元的应变能以及利用极值条件，可以得到空间梁单元的刚度方程为：式中：是空间梁单元的弹性刚度矩阵；是空间梁单元的几何刚度矩阵。

设增大入倍, 则杆力和几何刚度矩阵也增大入倍, 因而可以写出下式：如果入足够大, 使得结构达到随遇平衡状态，即当变为, 上列平衡方程也能满足；则同时满足上面两式的条件是：这就是计算稳定安全系数的特征方程，求出的最小特征值就是最小的稳定安全系数。

2 稳定性计算及分析2.1工程算例及计算模型的建立本文以某下承式钢管混凝土系杆拱桥为研究对象，分析几何设计参数对其稳定性的影响。

主桥采用上下行分离、下承式钢管混凝土系杆拱，计算跨径L=80.6m，拱轴线为二次抛物线，矢跨比为1/5，矢高f＝16.12m。

系梁采用变截面矩形断面，跨中梁高1.8m，支点梁高2.4m，梁宽1.4m。

横梁为预应力混凝土结构，端横梁高1.80 m，宽1.30 m，中横梁高1.57 m，宽1.30m；风撑采用钢管结构，断面采用圆形，半径为0.85 m，钢管由14 mm厚的Q345C钢板卷制焊接而成；拱肋采用钢管混凝土结构，断面采用哑铃形截面，钢管直径为0.9 m，截面高1.9m，钢管由14 mm厚的Q345C钢板卷制焊接管，内灌C40微膨胀混凝土；吊杆采PES5-61镀锌平行钢丝索。

钢结构设计中的风力荷载分析钢结构是一种广泛应用于建筑和桥梁等工程中的结构形式，其设计和施工需要考虑各种荷载，其中风力荷载是一个重要的设计参数。

本文将针对钢结构设计中的风力荷载进行分析，以帮助读者更好地了解和应用于实际工程中。

1. 风力荷载的基本概念风力荷载是指建筑或结构所受到的来自风的力量，其大小取决于风的速度、方向、建筑形状以及建筑表面的特性。

在钢结构设计中，风力荷载通常按照规范进行计算，以保证结构的安全性。

2. 风力荷载的计算方法钢结构的风力荷载计算可以采用多种方法，常见的有等效静力法和动力风洞试验法。

等效静力法适用于简单结构和低层建筑，通过将风力转化为等效的静力进行计算。

而动力风洞试验法则适用于复杂结构和高层建筑，通过在风洞中模拟真实风场，测量结构受力情况来进行分析。

3. 风荷载对钢结构的影响风荷载对钢结构具有明显的影响。

首先，风力的作用会导致结构的振动，特别是在高层建筑中更为明显，需要通过结构设计和增加抗风设施来保证结构的稳定性。

其次，风荷载会对结构的稳定性和疲劳造成影响，需要在设计中进行合理的防护和优化措施。

此外，风的方向和速度也会对结构的局部应力造成影响，需要进行相应的分析和计算。

4. 钢结构的抗风设计为了保证钢结构在风荷载下的安全性，需要采取一系列的抗风设计措施。

首先，结构的整体设计应基于具体工程的风荷载计算和规范要求进行，包括结构的刚度、强度和稳定性等方面的考虑。

其次，可以通过增加局部加强措施来增强结构的抗风能力，如增加结构连接件的数量和强度，采用风阻碍物等。

最后，对于高层建筑，还需要设计风振控制系统，如加装阻尼器、液柱等，以控制结构的振动。

5. 风力荷载的实际案例分析以某高层钢结构建筑为例，介绍风力荷载的具体分析。

该建筑位于暴露的山顶位置，因此风荷载是设计的重要考虑因素之一。

首先，通过风洞试验获取结构的风荷载参数，然后利用等效静力法进行计算，确定结构的设计风荷载。

接下来，根据设计风荷载和结构的特性，分析结构位移、应力等情况，确保结构的稳定性和安全性。

钢管混凝土系杆拱桥特点及稳定性探讨摘要：对钢管混凝土系杆拱桥的特点进行了描述，对钢管混凝土系杆拱桥的设计和施工过程中不可忽略的因素——稳定性进行了归纳和总结，并且进一步对稳定性的影响因素进行了探讨。

关键词：钢管混凝土，系杆拱桥，稳定性1 引言钢管混凝土拱桥具有跨越能力强的特点，我国已建成的钢管混凝土拱桥有四川旺苍东河大桥、广东高明大桥、广州丫髻沙大桥等。

其中跨径110m的四川旺苍东河大桥是我国第一座钢管混凝土拱桥，其结构形式为的下承式预应力钢管混凝土系杆拱桥[1]；跨径112.8m、全宽26m的佛陈大桥是我国同类结构中在跨度和宽度上均具有代表性的一座下承式预应力钢管混凝土系杆拱桥。

2 钢管混凝土系杆拱桥特点钢管混凝土系杆拱桥兼有钢管混凝土结构和系杆拱桥的特点：作为钢管混凝土结构，因钢管内填充了混凝土，增加了钢管壁受压时的稳定性，而且钢管壁对混凝土起套箍作用，使管内混凝土处于三向受压状态，充分发挥了混凝土的抗压强度、提高了混凝土的延性；作为系杆拱桥，系杆拱组合体系将拱肋的推力传给系杆，使体系成为外部静定、内部超静定的结构，系杆和拱肋均有一定的刚度，荷载引起的弯矩在系杆与拱肋之间按刚度分配，它们共同承担体系的轴力和弯矩。

系杆拱桥主要分为有推力和无推力组合体系，无推力系杆拱桥能够较好地适应不良地层和具有较小的建筑高度，主要由拱助、吊杆、系杆(梁)三部份组成。

根据上下部分结构的联接方式，系杆拱又可分为两种，一种是上下部之间刚接，一种是简支，如图1所示[2]。

(a )简支形式(b) 刚接形式图1 系杆拱形式3 稳定分析由结构力学知识可知，拱桥以承受压力为主，拱肋的受力情况为承受一定的弯矩、扭矩和剪力。

在对拱桥进行施工和运营时，若拱结构本身的刚度不足会发生失稳的情况，因此保证拱结构的稳定性是拱桥设计和施工需要考虑的一个不可忽略的因素。

钢管混凝土拱桥的失稳有两种性质不同的失稳形式：分支点失稳和极值点失稳。

分支点失稳，其平衡路径有一突变尖点，失稳前平衡路径稳定，失稳后平衡路径可能不稳定，如理想无缺陷结构的失稳。

丫髻沙⼤桥转体施⼯抗风稳定性分析丫髻沙⼤桥转体施⼯抗风稳定性分析郑史雄廖海黎周述华（西南交通⼤学⼟⽊⼯程学院）【摘要】本⽂⾸先通过模型风洞试验获得丫譬沙⼤桥转体施⼯时各结构的六分⼒系数，进⽽根据试验结果对⼤桥施⼯状态进⾏了抗风稳定性研究及风致内⼒分析，分析表明丫含沙⼤桥转体施⼯时不会发⽣风致倾覆及风致强度问题。

关键词钢管混凝⼟拱桥转体施⼯抗风稳定性风洞试验⼀、概述⼴州丫髻沙⼤桥主桥为钢管混凝⼟系杆拱桥，主跨达360m，为⽬前国内同类桥梁之最。

因桥位地形、桥下通航、桥梁结构本⾝的特点等原因，该桥采⽤转体施⼯⼯艺进⾏施⼯。

其主要过程是先在⽀架上形成拱肋，然后坚转主拱肋⾄设计⾼度，⽽后⼜整体平转到位。

在平转过程中主、边拱肋均脱离了施⼯⽀架，整个结构由转盘⽀撑。

丫髻沙⼤桥地处沿海台风多发区，其施⼯设计风速为35.4m／s。

在平转时主、边拱肋悬臂长度均较⼤，其主拱肋悬臂⽔平投影长度达172m，边拱肋悬臂⽔平投影长度为72m，两者相差⼜较⼤，因⽽其所受的强风风载很⼤，且会⼒作⽤点⼜有较⼤的偏⼼。

因此桥梁在转体施⼯过程中的抗风安全性是设计、施⼯等单位所⼗分关⼼的问题，本⽂对该桥在转体施⼯过程中的风致倾覆稳定性和风致内⼒进⾏了模型风洞试验及计算分析研究。

丫髻沙⼤桥的转体施⼯状态结构由索塔、边拱、主拱和转盘等组成。

鉴于实际结构构造、空⽓三维流动、风向⾓等的复杂性，本⽂采取了将风洞模型试验与有限元数值分析相结合的⽅法进⾏研究。

下⾯介绍采⽤该⽅法进⾏研究的主要过程及结论。

⼆、模型风洞试验为了研究丫髻沙⼤桥在转体施⼯过程中的抗风稳定性和风致结构内⼒，⾸先应获得结构上作⽤的风⼒，对于三维空间结构来说，其风致作⽤⼒应有6个分量，即六分⼒。

模型风洞试验的⽬的是通过测量风在模型上作⽤的六分⼒，进⽽求得相应的六分⼒系数，为有限元数值分析提供数据。

如分别以Fx，Fy，Fz，My，Mz表⽰六分⼒，以 Cx，Cy，Cz，CMx，CMy，CMz表⽰相应的六分⼒系数。

文章编号:1003-4722(2004)05-0001-03宜宾金沙江戎州大桥施工稳定性分析李亚东1,李元兵1,耿德云2(1.西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;2.四川路桥集团,四川成都610000)摘　要:以宜宾金沙江戎州大桥施工阶段稳定性为分析对象,应用ANSYS 程序对各施工阶段稳定性进行了评估,研究了横向风力对中承式钢管混凝土桁拱稳定性的影响,讨论了影响稳定安全系数的各种因素,并提出了管内混凝土的合理加载程序。

关键词:钢管混凝土结构;桁拱;桥梁施工;稳定分析中图分类号:TU311.2文献标识码:AAnalysis of Construction Stability of R ongzhou B ridge Across Jinshajiang River in YibinL I Ya 2dong 1,L I Yuan 2bing 1,GEN G De 2yun 2(1.School of Civil Engineering ,S outhwest Jiaotong University ,Chengdu 610031,China ;2.Sichuan Road &Bridge Group ;Chengdu 610000,China )Abstract :In this paper ,the construction stability of Rongzhou Bridge across Jinshajiang River in Y ibin is analyzed.The ANSYS program is used to evaluate the structural stability of the Bridge at each construction stage.The influences of horizontal wind force on the stability of the half 2through con 2crete 2filled steel tube bridge with trussed arch are studied.Eventually ,various factors affecting the stability safety coefficients are discussed ,and the reasonable loading procedures of concrete in the tubes are suggested.K ey w ords :concrete 2filled steel tube structure ;trussed arch ;bridge construction ;stability analy 2sis 收稿日期:2004-04-16作者简介:李亚东(1956-),男,教授,博士生导师,1992年毕业于西南交通大学桥梁工程专业,工学博士。