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钢管混凝土拱桥拱轴线线型的探讨

2011-07-15 
拱桥拱轴线一般选用圆曲线、抛物线及悬链线,根据文献[1]显示国内已建成跨度大于120米的钢筋混凝土拱桥绝大多数采用悬链线作为拱轴线
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    拱桥由于其外型美观,跨越能力大等诸多优点,一直受到人们的欢迎。修建大跨度拱桥的关键是施工问题。过去常用拱架施工法,大大限制了拱桥的发展。二十世纪八十年代以来,随着无支架施工技术的发展,扩大了拱桥的使用范围,提高了它在大跨径桥梁中的竞争能力。特别是钢管混凝土拱桥,由于它是先安装钢管拱,后填充管内混凝土,使得安装重量大大减轻,施工十分方便。而管内混凝土由于钢管的套箍作用,使其抗压强度得到很大的提高。由于钢管混凝土拱桥以上的优点,使其得到迅速发展。自1990年四川旺苍建成第一座钢管混凝土拱桥以来,国内相继建成近百座这类拱桥。其发展势头是很强劲的。

  拱桥拱轴线一般选用圆曲线、抛物线及悬链线,根据文献[1]显示国内已建成跨度大于120米的钢筋混凝土拱桥绝大多数采用悬链线作为拱轴线;据文献[2]显示国内已修建的钢管混凝土拱桥跨度在100米以内者多采用抛物线,也有选用悬链线者,个别采用圆曲线作为拱轴线;跨度在100米以上者多采用悬链线,也有选用抛物线者。对悬链线拱轴系数的选择也无一定规律,:跨度较大选用较小的拱轴系数,而:跨度较小反而选用较大的拱轴系数。因此,我们认为有必要对拱轴线线型进行探讨。1993年以来,我们相继设计了安阳文峰立交桥、济南东站立交桥、南昌墨山立交桥、西宁北川河立交桥等钢管混凝土拱桥。安阳桥已于1995年7月建成通车,济南桥于1998年10月建成通车,多年来运行良好。西宁北川河桥于2002年6月建成通车,运行良好。西宁桥为中承拱桥,计算跨度90米,矢跨比为f/L=1/5(f=18m),拱轴系数m=1.167,桥面宽为21.6米。拱肋为4φ650×10桁架拱肋,16Mn钢管,C50号混凝土,设三道横撑,每道横撑重135.2kN;16根横梁,每根横梁重300kN,桥面板厚25cm.系杆力为每侧8800kN.设计荷载为汽—超20级,验算荷载为挂—120.济南东站立交桥为下承式刚架系杆拱桥,计算跨度90米,矢跨比为f/L=1/5(f=18m),拱轴系数m=1.167,桥面宽为25.5米。拱肋为4φ650×10桁架拱肋,16Mn钢管,C50号混凝土,设四道横撑,每道横撑重160kN;16根横梁,每根横梁重480kN,桥面板厚25cm.系杆力为每侧11000kN.设计荷载为汽—20级,验算荷载为挂—100.南昌桥(南昌墨山立交桥)为下承式刚架系杆拱桥,设计跨度为120米,矢跨比为f/L=1/5,f(f=24m),拱轴系数m=1.186,桥面宽为16米。拱肋为2φ1200×12哑铃型断面,16Mn钢管,全桥设6道横撑,每根重120kN,22根横梁,每根320kN,系杆力为每侧12000kN,桥面板厚30cm,设计荷载为汽—20级,验算荷载为挂—100.安阳桥(安阳市文峰路立交桥)为下承式刚架系杆拱,计算跨度为137.96米,f/L=1/5,f=27.59米,拱轴系数m=1.05,桥面宽为31米,拱肋为4φ720×12桁架拱肋,16Mn钢管,C40混凝土,系杆力为每侧16500kN.为研究方便,安阳桥计算跨度按140米,我们是以这四座桥为基础进行钢管混凝土拱桥拱轴线型探讨的。本文选用的拱轴系数m=1.167、1.543、1.988、2.514.

  当拱轴系数由m=1.167加大至1.543、1. 988、2.514时,弯距由-4148.8kN-m减少为-2644.569kN-m、-1144.8kN-m,当m=2.514时弯距变为+2157.9kN-m.

  轴向力由-1116kN变为-11140.317kN、-11156.9kN、-10707.5kN.剪力由-47.2kN增大至-316.1kN、-583.1kN、-1139.8kN.

  1、拱脚:

  当拱轴系数由m=1.167加大至1.543、1.1988、2.514时活载正弯距由5210.6KN-m→5459.9KN-m→5706.6KN-m→5951.5KN-m,随m的增加而增加,其增加幅度为14.22%.

  活载负弯距则由-8296.7KN-m→-8099.8KN-m→-7902.8KN-m→-7693.1KN-m,其弯距绝对值的变化幅度为7.23%.轴向力由-1124.3KN→-1118.0KN→-1110.9KN→-1103.3KN,变化幅度更小为1.87%.剪力由-449.3KN-m→-477.6KN→-505.5KN→-532.9KN,其剪力绝对值增加的幅度为18.61%.

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