钢箱提篮拱桥的静力特性及稳定性研究

钢箱提篮拱桥的静力特性及稳定性研究

浙江科欣工程设计咨询有限公司

摘要:随着我国桥梁建筑业的快速发展,对桥梁稳定性的要求不断增加,拱桥跨度越大,拱桥的稳定性问题也越受人关注,相比于其他形式的桥梁,钢箱提篮拱桥的稳定性更强,钢箱提篮拱更多的应用于大跨度的桥梁中。本文将通过对钢箱提篮拱桥进行分析,对其静力性能进行研究,得出影响其稳定性的因素,更好地保证桥梁的稳定安全。

关键词:钢箱提篮拱桥;静力性能;稳定性

对于大跨度的提篮拱桥的稳定性的研究,可以用线性屈曲和非线性屈曲两种方法来检验,影响提篮拱桥稳定性的因素有,拱助内倾角、失跨比、横撑布置方式、吊杆布置方式,这些都是进行钢箱提篮拱桥设计时应该考虑的因素,从而保证拱桥的稳定。

一、钢箱提篮拱桥的概况

拱桥因其形态优美、造价经济、承载潜力大二管饭应用于现代桥梁建筑中,在大型拱桥中,对于其横向稳定性的要求越来越大,提篮拱桥主要是将平常的中(下)承拱桥的拱助向桥轴线方向倾斜,进而形成提篮式拱桥,主要是依靠改变拱桥结构的静力计算方式来实现桥梁的稳定性,提篮拱桥是下承式拱桥中的一种特例,因其造型酷似提篮而得名,依据受力情况可以分为独立受力、与梁共同受力、不受力三种。钢箱提篮拱桥主要依靠拱助系杆来保持其稳定性,对于提篮拱桥来说,其静力性能主要表现在荷载系数和受压力发生位移的性能,荷载系数越大,拱桥的稳定性越强,受压力发生的位移越小,提篮拱桥的刚性越强,稳定性越强。

二、钢箱提篮拱桥的静力性能的试验

(一)加载工况的研究

对于加载工况而言,主要是研究桥梁的承载车辆的能力,这一项目需要根据具体的实际情况来决定。

(二)应力试验的结果分析

对于应力和位移距离的研究是整个桥梁静力性能的重要因素,经过结果分析,各工况的主梁应力系数均处于0.8-0.85之间,主拱的拱助和拱脚的应力系数都没有超过0.9,符合国家相关桥梁建设的规定,卸载后残余变形基本为0,可知桥梁的结构仍然处于弹性工作阶段,满足相关的设计规范。

(三)挠度试验结果

对于挠度测试结果而言,其实测结果均小于理论计算值,校验系数在0.7-0.8之间,对规范性要求都是达标的,对于挠度测试应该充分考虑温度的变化情况。

(四)梁端转角对桥梁静力性能的影响

转角最不利的情况一般出现在双线加载下,具体数据分析如下表。

由上表可知,提篮拱的稳定性比平行拱高,随着内倾角的增大,稳定性也在变强,在9°到12°的变化过程中,虽然稳定系数仍然在增加,但是增加不明显,所以内倾角到达一定角度时,其增大与否对桥梁稳定性已经没有太大影响了。而且增大之后,拱助会发生一定的扭曲变型,所以内倾角在9-10°之间为宜。

(二)失跨比对拱桥稳定性的影响

为了更好的反映拱桥的稳定性,对于失跨比的研究,应该遵循一定的原则,首先,在保持拱桥跨径一定时,失跨比应该在1/4-1/5之间,在保持边界条件一直的前提下,选取1/4.8、1/4.6、1/4.4和1/4.2四个不同的失跨比进行实验,不同失跨比的稳定系数如图所示。

上表显示,横撑布置方式对桥梁的稳定性的影响很小,在材料和横撑重量相同的情况下,全部一字型横撑方式失稳特征值更大,对于宽跨比较小的桥梁来说,应该合理地选择横撑布置方式,进而提高桥梁的整体稳定性。横撑数量的增加也可以增强桥梁的稳定性。

(四)吊杆布置怎样确保拱桥的稳定性

采用竖吊杆和斜吊杆两种方式来进行稳定性研究,结果表明吊杆布置方式的选择对提篮拱桥的稳定性影响较小,不同桥梁选择不同的吊杆方式即可。

四、总结

对于整个提篮拱桥的稳定性而言,采用线弹性方法会使得拱桥的极限承受能力超出实际情况,所以,在进行设计时应该对结构的几何非线性问题进行考虑。一般来说,内倾角越大,拱桥的稳定性越大,但是不能将内倾角超出拱桥的极限,反而会使得拱助扭转稳定性减弱,钢箱提篮拱桥的内倾角控制在9-10为宜。失跨比增加,稳定系数会增加,同样也应该保证失跨比合理,不能太大。对于宽跨比来说,比值越大,稳定系数越小。在相同的材料和横城布置数量下,布置成6道一字型更加稳定。吊杆的布置方式也会影响拱桥的稳定性,一般竖吊杆方式和斜吊杆方式的稳定性相差在7%之内为合理。

参考文献:

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