系杆拱桥钢管混凝土拱局部分析

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发布时间：2022-05-07

资料介绍

采用 ANSYSII．0和 MIDAS／CIVIL V7．4．I，建立了一个整体模型和三个局部模型，对一下承式单索面钢箱
叠合梁钢管砼系杆拱桥的钢管混凝土拱进行了局部分析。对比研究了主拱斜撑的两种截面型式对其内力的影
响，重点关心在最不利荷载工况下主拱钢管和斜撑钢管的应力大小。计算结果表明：钢管混凝土拱设计合理可
靠，为相似结构的设计与施工提供参考。
关键词：系杆拱桥；钢管混凝土拱；斜撑
中图分类号：U448．225 文献标识码：B
O 概述
某大桥主桥为下承式单索面钢箱叠合梁钢管
砼系杆拱桥，跨径布置为 138m+138m =276m，桥
宽 29．5m。主跨拱肋是通过横撑、斜撑和三根钢管
组成的组合式拱圈，钢管内填充 C50微膨胀混凝
土，三根钢管均为二次抛物线线形，主拱直径1．8
m，位于竖直平面内，矢跨比为 1／4．44；两根副拱直
径 1．4m，其拱轴线平面与竖直平面的夹角为
5．296。，副拱平面内矢跨比为 1／4。跨中处中心线
横桥向水平距离 7．5m，竖向距离 6．Om。横撑及斜
撑初步设计时采用空心圆钢管截面型式，施工设
图 1 系杆拱桥效果图
1 模型 I概况
模型 I采用有限元软件 ANSYS11．0，主要模
拟钢管混凝土拱在最不利荷载组合 (恒载 +汽车
+温度 +风载(有车)+制动力 )下局部应力的大
小和分布情况。拱桥为对称结构，因此选择了半
跨拱桥进行建模分析，其中又选择了五个节段
(图3中⑤、⑥、⑦、⑧、⑨节段)采用实体单元
(Solid45)和板单元(ShelM3)进行模拟，实体单元
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计时最终分别采用方型和工字型钢管截面型式，
截面尺寸分别为 600mm ×600mm 和 300mm ×
600mm，壁厚均为 20mm。主梁采用整体箱型叠合
梁，梁高 3．5m，梁宽 29．5m。吊杆采用单索面布
置，低应力防腐索体，吊杆材料为高强平行钢丝
索。系杆采用高强平行钢丝拉索。主桥中墩处设
置纵向固定支座，边墩处设置纵向滑动支座。主
桥中墩及边墩基础采用直径 280em～230em 的钻
孔灌注桩。全桥效果如图 l所示，梁单元模型如
图 2所示，建立梁单元模型的主要目的是为局部
模型提供外部荷载。
图 2 系杆拱桥 MIDAS梁单元模型
用来模拟主拱和副拱钢管中的混凝土，板单元用
来模拟主拱和副拱钢管以及斜撑和横撑。建模
时关键问题是要保证钢管板单元和与钢管壁接
触的混凝土实体单元共用节点，以此来模拟钢管
混凝土共同工作。考虑到模型边界条件施加的
方便和准确，其余部分均采用空间梁单元
(Beam188)进行模拟，Beam188可以模拟混凝土