温度对大跨径钢管混凝土拱桥稳定性影响的研究

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1、铁道建筑2013年第4期RailwayEngineering29文章编号：1003-1995(2013)04-0029—03温度对大跨径钢管混凝土拱桥稳定性影响的研究尚军，李自林，李欢，谢新(1．天津城市建设学院土木工程学院，天津300384；2．天津市海河建设发展投资有限公司，天津300380)摘要：温度对大跨径钢管混凝土拱桥稳定性的影响，一直都是土木工程界关心的问题之一，也是研究的难点和重点。本文结合一座大跨径钢管混凝土拱桥——千岛湖南浦大桥工程，运用大型有限元软件MIDAS建立了其有限元计算模型，并通过MIDAS设置了不同的温度，研究了温度的整体升降对该桥整体稳定性的影响。通过比较得出：

2、该桥的整体稳定性是随着温度的整体升高而降低，随着温度的整体下降而提高的。关键词：温度拱桥稳定性分析稳定安全系数中图分类号：U448．22；U441文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003．1995．2013．04．09．桥梁除了要满足强度要求，还要求严格控制其稳17oC，1月平均气温5℃，极端最低气温一7．6℃，7定性，对于大跨径钢管混凝土拱桥而言，这点显得尤为月平均气温28．9cI=，极端最高气温41．8oCf3-43。重要。拱桥的稳定性，不仅要考虑恒载、车辆荷载1．2结构布置形式的影响，还应考虑温度的作用。在气温作用下，可以认该桥的拱肋设计成悬链线形式，拱肋的轴线系数为

3、拱结构的温度变化是均匀的；而在日照作用下，各杆是1．167，拱肋的桁高为5200mm，桁宽为2550mill，件之间，甚至同一杆件是存在温度梯度的。本文结合桥两边的两拱肋的外间距为15550inm。拱肋的四肢千岛湖南浦大桥工程，运用大型有限元软件MIDAS建弦杆都采用4,850mm钢管，拱肋钢管中间段(上下弦)立了其有限元计算模型，研究了温度的升降对其稳定的厚度为12tnm，在拱脚部位的下弦杆稍微加厚，钢管性的影响。的厚度取为20mm，在两者之间的过渡段壁厚取为l4mm。在4根弦杆之间分别设置与弦杆正交的直腹杆1工程背景概况和斜腹杆，腹杆钢管取4,529mm，钢管的厚度取为10mm，且在直腹杆

4、处安装剪刀撑。四肢弦杆内填充的1．1工程概述‘都是C50混凝土。拱肋之间布置了l3道双“K”字该桥位于浙江省杭州市淳安县旅游胜地——千钢管横撑。其中1道设置在拱顶处，剩下的12道根岛湖之上，它对该地的交通起着至关重要的作用。据拱顶的这道在两边对称布置，水平间距为20m，拱该桥的总跨度为330m，净跨度为308m，矢高为顶附近的间距较大，取25m。其构造简图如图155．99m，桥面的净宽为12m(包括两边的人行道)，所示。矢跨比为1／5．5，是一座中承式钢管混凝土拱桥。该工程主要技术指标如下：设计荷载，汽一20级，挂车一10o；桥面净宽为9．0In+2×1．5m(人行道)；地震基本烈度Ⅵ度；桥面

5、纵坡2．25％(双向)。桥位所属区域位于中亚热带季风气候带北缘，温暖湿200020002500200020002000润，雨量充沛，四季分明，光照充足，年平均气温收稿日期：2012．11—26；修回日期：2013．O1．O6基金项目：天津市自然科学基金项目(13JCYBJG19600)；住房和城乡建设部研究开发项目(2012一K4—28)；国家自然科学基金项目(b)俯视(51208337)图1千岛湖南浦大桥的构造简图(单位：cm)作者简介：尚军(1968一)，男，天津市人，副教授，硕士。30铁道建筑2有限元模型的建立3有限元分析通常在进行钢管混凝土拱桥稳定性研究的时候，在施加温度荷载时，本文分

6、别采取系统温度整体最主要的问题就是要根据实际情况建立比较精确的模下降10qc，20℃，上升10℃，20℃，不考虑升温时钢型。任何一个工程案例中的桥梁构造都是十分复杂材比混凝土温度升高的要多，降温时钢材比混凝土温的，无论用那种软件都不可能完完全全地按照实际情度降低的要多。为了方便比较，本文主要研究该桥在况来建模，其关键问题就是如何将工程实况进行简化，恒载和温度荷载共同作用的稳定性情况，并且得到在在很大程度上，软件对结构计算的准确性和精确度都以下5种工况作用下前四阶的稳定安全系数和失稳模取决于从实际工程抽象得到的力学模型是否符合实际态图，并作比较。情况。工况1：恒载+整体降温20℃；本文所依托工程

7、模型的节点、单元很多，该模型较工况2：恒载+整体降温10℃；大，本文的简化计算模型是运用大型通用有限元软件工况3：恒载；MIDAS／Civil建立的。在该桥的建模过程中，根据各种工况4：恒载+整体升温10℃；构件的形状和受力特点，分别在MIDAS／Civil软件中工况5：恒载+整体升温20℃。选取最合适的单元类型。该模型共建立5380个单元，5种工况下稳定安全系数如表1所示，图3至图6其中有532