连续梁拱组合桥主拱稳定性分析

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1、西南交逢大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1．1梁拱组合体系的应用与发展粱拱组合体系，是指梁和拱两种结构的组合，两者共同协作将跨径范围内的荷载传递至下部结构。这种组合式桥型具有用料省、造价低、对地基要求低、适应性强、施工工艺简单、结构性能优越等优点，是一种很有发展潜力的桥型。梁拱组合式桥梁在钢桥方面应用甚多，对于预应力混凝土桥梁，除简支粱拱组合式桥梁方案外，其应用在我国尚为一种尝试【l】。近年来，随着高标准铁路的修建，粱拱组合结构因共同受力具有结构刚度大、动力稳定性好、工程量相对节省等优越性，相继在

2、铁路桥的设计中得到了应用与研究。较为典型的有【l玎：宣杭铁路东苕溪大桥(图1．1，，该桥由于水质环境和堤防要求，采用跨度112m预应力混凝土简支梁拱组合结构，吊杆为尼尔森体系，主粱高2．5m，箱形截面，无支架悬灌施工，拱肋为钢管混凝土哑铃形截面，肋高3m；温福铁路昆阳特大桥(图1—2)，该桥采用主跨为136m预应力混凝土连续梁拱组合结构，连续粱梁高3．5—7m，采用钢管混凝土拱肋，拱肋采用竖向哑铃形截面，矢高27．2m，矢跨比1／5，肋高28m，吊杆平行布置，间距8m；宜万铁路宜昌长江大桥(图1-3)，

3、该桥主桥为(130+2x275+130)m预应力混凝土连续刚构柔性拱组合结构，预应力混凝土连续刚构粱高4．8～14．5m，双薄壁墩中心间距8m，壁厚3m，采用桁架式钢管混凝土拱肋，矢高52．8m，桁高34m，吊杆间距lOm：广深港客运专线沙湾水道特大桥，该桥主桥采用76+160+76m预应力混凝土连续粱与钢管混凝土拱组合结构。图卜1旄工中的宣杭铁路东笤溪大桥西南交通文学硕士研究生学位论文第2页图卜2温福铁路昆阳特大桥主桥布置(单位：cm)圈卜3宜万铁路宜昌长江大桥综合起来，粱拱组合体系具有如下几个方面的

4、优点【7J：(1)将粱置于拱肋下方，与拱桥相比可降低桥面高度，减小引桥长度。(2)通过粱来平衡拱产生的水平力，不像拱桥一样对地基要求较高。(3)与粱桥相比，由于拱肋的存在将大大提高结构的刚度。(4)整个结构基本为拉压构件，材料利用率高，结构相对较轻，跨越能力较大。(5)曲线形的拱肋容易塑遣出各种形状，增加城市景观。粱拱组合体系的发展趋势大致可分为三个方向，一是花样繁多的花式粱拱组合体系：二是拱肋和主粱截面形式和使用材料的变化，如轻质高强混凝土、钢．混凝土组合结构；三是粱拱组合体系和其它体系的再组合。如斜

5、靠式粱拱组合体系(昆山玉峰桥)，刚架粱拱组合体系(将上部和下部结构固结，如四川旺仓东河大桥)等。西南交通大学硕士研究生学位论文第3页1．2梁拱组合式桥梁的分类由于拱肋和主梁的组合形式不同，梁拱组合体系的形式多种多样，大致可以按以下几种原则进行分类：(1)按拱肋和主梁的相对位置分类根据拱肋和主梁的相对位置，可将梁拱组合体系分为上承式、中承式和下承式梁拱组合体系，即主梁分别位于拱肋的上部、中间和下部，如图1-4所示。a>上承式图1-4梁拱组合体系形式示意图(2)按支承条件分类根据支承条件的不同，可将梁拱组合

6、结构分为简支式、悬臂式、连续式梁拱组合体系。简支梁拱组合式桥梁只用于下承式，其结构力学图式常称为刚拱刚梁(图1．7)。单悬臂式梁拱组合桥梁同样只适用于上承式，采用转体施工特别方便，这种桥型实际上是将实腹梁挖空，用立柱代替梁腹板，原腹板剪力主要由拱肋竖向分力及加劲梁剪力平衡。这样的结构加劲梁受拉弯作用，拱肋西南交通大学硕士研究生学位论文第4页受压弯作用(图1。5)。连续梁拱组合式桥梁可以是上承式、中承式及下承式，此种桥型跨越能力大，本身刚度大，造型美观，在我国的公路和铁路中均有应用(图1-4)。图1-5单

7、悬臂梁拱组合体系形式示意图(3)按拱肋侧向倾角分类根据拱肋侧向倾角，可以将梁拱组合体系分为平行梁拱组合体系和空间梁拱组合体系，其中空间梁拱组合体系又可以分为内倾式和外倾式梁拱组合体系，见图1-6。8)平行式b)内倾式c)外倾式图1-6梁拱组合体系平行式、内倾式、外倾式示意图平行式梁拱组合桥梁是基本的型式，易于转化成平面模型进行计算，施工简便。但随着跨径的增大和桥面的相对变窄，平行式梁拱组合体系的侧倾问题越来越突出；为提高梁拱组合体系的侧倾稳定系数将拱肋内倾形成内倾式梁拱组合体系，即X形拱或提篮拱。拱肋内

8、倾能提高梁拱组合体系的侧倾稳定系数，但会造成体系竖向平面内刚度的降低，结构计算和施工实现将更复杂。外倾式梁拱组合体系，即蝶形拱，是因美观的因素发展起来的～种桥型，随着经济的发展，桥梁将不再仅限于其交通功能，更多地作为一个景观来进行设计，因此外倾式梁拱组合体系也会越来越多。西南交通大学硕士研究生学位论文第5页(4)按拱肋和主梁截面的抗弯刚度比分类·根据拱肋和主梁的截面抗弯刚度比，可以将梁拱组合体系桥梁分为三类：刚拱柔梁(即系杆拱)、柔拱刚梁(