双哑铃形钢管混凝土拱圈受力性能分析.pdf
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1、2 0 1 5年第 l 2期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 1 9 文 章编 号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 1 9 - 0 3 双哑铃形钢管混凝土拱圈受力性能分析 唐 燕 ( 中铁十八局集 团 第二 工程有限公司 , 河北 唐 山0 6 3 0 0 0 ) 摘要 : 以西溪河大桥 为工程背景 , 利 用有限元软件 M I D A S C I V I L对双哑铃形钢管混凝 土拱 圈进 行仿真 分析。首先分析 了不 同荷载作用下拱 圈的竖 向位移, 然后 改变双哑铃 形截 面结构参数( 腹板间距与盖 板
2、间距) , 分析 两结构参数对于拱 圈挠度的影响规律。研 究结果表明: 双哑铃形拱 圈拱顶节点对荷载敏 感性 较 强 , 并 由拱 顶 向两侧 递减 ; 腹 板 间距 与拱 圈节 点 竖 向位 移 基 本呈 线 性 关 系, 间距 增 大 时拱 圈下挠 减小; 盖板间距与双哑铃形拱圈挠度不呈线形相关, 当盖板 间距在 8 4 08 5 0 m m 时拱 圈下挠较 小, 有利 于拱 圈结构性 能发挥 。 关键 词 : 双哑 铃 形截 面 拱 圈 挠 度腹板 间距盖 板 间距 中 图分 类号 : U 4 4 8 2 2 文献标 识 码 : A D O I : 1 0 3 9 6 9 j i s s
3、 n 1 0 0 3 - 1 9 9 5 2 0 1 5 1 2 0 5 钢管 混凝 土拱 桥 作为拱 桥 分支 , 具 有结 构科 学 、 外 型美观、 承载力优越 、 跨越能力强等特点 , 因此钢管混 凝土拱桥成为业内研究的重点 。陈宝春等研究了钢 管混凝土拱桥静力 、 动力性能, 并进行相关试验; 韦建刚 等 研 究 了初 应 力 对 于 钢 管 混 凝 土 拱 桥 影 响 ; 文 献 3 6 研究 了结构损伤对于混凝土极限承载能力 的影 响 。以往 研究 的钢管 混凝 土拱桥 主 拱 圈截 面 多为 单 圆 管形 , 对 于现在应 用广泛 的哑铃形截 面研究相对 较少 。 本文利用有
4、限元软件 MI D A S C I V I L对双哑铃形 拱 圈进行分析 , 主要研究不同荷载作用下双哑铃形拱 圈节 点位 移变 化 , 以 及 双 哑铃 形 板 间距 对 于 拱 圈 的影 响, 为相似拱桥的设计施工提供一定借鉴。 1工 程 概 况 新 建成 贵 铁路 西 溪河 大 桥 起始 里 程 D K 4 1 6+ 9 1 0 5 5 , 终 止 里 程 D K 4 1 7+ 4 0 4 1 5 , 全 长 4 9 3 6 m, 主 跨 为 2 4 0 m 上承 式钢 管混 凝 土拱桥 。 主桥 拱 圈为钢 管 混凝 土结 构 , 拱趾 中心 跨 度 为 2 4 0 m。主拱拱轴线为悬
5、链线 , 拱轴系数 m= 2 2 , 矢跨 比约 1 4 3 6 4 。拱 肋 高 5 7 m, 宽 3 0 m, 每 肋 由 4肢 61 1 0 0 m m2 0 mm钢管构 成 , 其上下弦各 由 2肢钢 管 与其 间 的 2块 2 0 m i n厚 的钢板 联 结 成 哑铃 形 , 在 拱 肋 的 全 长 上均 为等 截 面 ; 从 拱趾 起 拱 肋 两 端 各 约 5 3 0 I l l 范 围上下 弦之 间各 由 2块 1 6 m m 厚 的钢 板 联 结 , 构成实腹段 , 使拱肋断面呈箱形。 收稿 日期 : 2 0 1 5 0 7 - 2 0; 修 回13期 : 2 0 1 5
6、1 0 1 5 作者简 介: 唐燕 ( 1 9 8 1 一) , 女 , 工程师。 2有 限元分析 利 用 大 型有 限元 软 件 MI D A S C I V I L对 西 溪 河 大 桥进 行仿 真分 析 。利 用拱 桥 建 模 助 手 , 有 限元模 型采 用梁 单元 对 主拱 圈 进行 模 拟。主 拱 圈钢 管 外径 为 1 1 0 0 m l n , 拱圈钢管及其钢板 材料为 Q 3 4 5钢。仿真 模 型拱 圈两端 视 为 固结 , 看做 是无 铰拱 理想 状态 , 主拱 圈钢 管 沿拱轴 线 均 匀划 分 成 6 0段 。拱 圈结 构 示 意如 图 1 , 有 限元 模 型示意
7、如 图 2 。 图 1 主拱圈示意 图 2 主拱圈钢管有限元模 型 模 型在进 行有 限 元 分析 时采 用 五 点 对称 加 载 , 加 载方 式如 图 3所 示 。 图 3 主拱圈五点加载示意 2 0 铁道建筑 3荷载一竖 向位移 曲线4参数分析 有 限元分 析过程 中 , 为 了更 加贴 近实 际工程 , 本文 首 先对 比了单 圆管 钢 管 截 面 与 双 哑 铃 形 钢 管 截 面 性 能 , 分析表明双哑铃形钢管截面性能远远超过单圆管 钢管截面, 在此不详述。 本 文共进 行 了 1 1组不 同荷 载 影 响下 主 拱 圈双 哑 铃形钢管竖向挠度研究。由于篇幅限制本文给出代表 性
8、3组荷 载一 竖 向位 移 曲线 , 如 图 4所 示 。 节 点位 置 m 1 0 l ! ! 宴 宕 -匣 崮 -3 0 - 40 图 4不同荷载作用 下双 哑铃形钢管荷载一竖 向位移 曲线 由图 4可知 , 当不同荷载作用在拱 圈时, 双哑铃形 钢管竖 向挠度趋势是一致的, 即拱圈中问挠度大 , 由拱 圈 中间 向两 侧 递 减 。 由于 结 构 对 称 并 且 荷 载 作 用 对 称 , 因此拱 圈左右 两侧挠 度对 称 。 为了更 加形象 地分 析荷载 影 响下拱 圈双 哑铃形 钢 管挠度变化 , 本文分别选取拱圈的 L 6 , 2 L 6 , 3 L 6截 面为研 究 对 象 ,
9、各 截 面 荷 载一 竖 向位 移 曲 线 如 图 5 所 示 。 荷 载 1 0 k N ) O 一 1 0 - 2 0 蠢- 3 0 鬈_ 4 o - 5 0 - 6 0 -70 图 5 双哑铃形钢管典 型截 面荷 载一竖 向位移 曲线 由图 5可知 , 拱 圈挠度 随着荷 载 的增加 而增 大 , 并 且通过不同截面挠度值对 比发现越靠近拱圈顶部挠度 受荷 载影 响越 大 , 拱 顶 下 挠 最 明显 。 因此 有 理 由认 为 拱 圈顶部 节点 对荷 载敏 感 , 建 议 进行 相关 监 控 时选 择 拱顶 节 点为观 察对象 。 利 用有 限元方 法进 行 静 力 分析 时 , 按
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