上承式两铰桁架拱桥的拱轴线计算长度研究.pdf

2012年9月第9期 城市道桥与防洪 科技研究 261 上承式两铰桁架拱桥的拱轴线计算长度研究 赵传亮 ，谢宝来 ，李 强 ，乔建刚 (天津市市政工程设计研究院．天津市 300051) 摘 要 ：拱桥的纵向稳定常常采用拱轴线计算长度系数将主拱换算为相当长度 的压杆，通过强度校核的形式来控制稳定，但现行规 范 3【]只给 出了裸拱的拱轴线计算长度系数 ；桁架拱桥的拱上建筑对主拱 圈具有 明显 的约束作用 ，可以提高稳定性 ，其拱轴线计算长度 系数仍有待于进一步研究 。通过对上承式两铰桁架拱桥的稳定性影响因素进行分析比较 ，并对其拱轴线计算长度系数的数值进行分 析 ，拟合得到了拱轴线计算 跃度系数 的简化公式 ，对实际工程具有一定的指导意义。 关键词：上承式；两铰桁架拱桥 ；稳定性：拱轴线计算长度系数 中图分类号：u448．22 文献标识码 ：A 文章编号：l009—7716(2012)09—0261—04 问题等效为相当长度的压杆，其中，压杆的临界压 1 概述 力仍采用欧拉稳定计算公式的形式： 拱桥的设计中强度和稳定性往往起到了控制 寄 作用 ，其中强度包括正截面抗弯强度、斜截面抗剪 强度 ，而稳定性则包括拱桥的纵向稳定性和横向 式 (1)中， 为拱轴线纵向稳定的临界轴压 稳定性。当桥梁宽度小于跨径的 1／20时，一般需要 力 ；E为材料的弹性模量 ；，为主拱截面的惯性矩 ； 验算拱桥的横向稳定性 ，而大跨径拱桥第一阶失 为拱轴线计算长度系数 ；Z为主拱圈的拱轴线长 稳往往是平面外 ，因此，一般需要验算横向稳定问 度 。 题 。纵 向稳定性可以通过解析法或有限元法进行 则拱轴线计算长度可 以表示为： 计算确定 ，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 lo=／z·Z (2) 设计规范》(JTGD62—2004)4．3．7条及 《公路圬工桥 工程中常用的是抛物线形和悬链线形拱轴线， 涵设计规范》(JTGD61—2005)5．1．4条给出了无铰 圆弧拱在小跨径拱桥中较常见 ，在大跨度拱桥中 拱 、两铰拱和三铰拱的拱轴线计算长度 ，其设计思 采用较少。然而 ，拱轴线的形状对拱桥的稳定影响 想是将拱圈(肋)换算为相当长度的压杆 ，按平均 并不显著 ，矢跨比和边界条件却是影响拱桥稳定 轴向力计算 ，通过强度校核形式来控制稳定 ，即采 的重要因素。拱的失稳形状跟其外部约束及 内部 用等效梁柱法，将拱等效成梁柱，计算其稳定极限 约束有很大关系。对称拱桥一般分为对称失稳和 承载力。经过多年的设计施工应用，实践证明这种 反对称失稳 ，直观判断一个拱桥失稳形状的方法 ：疗法是可行的2J『。然而，规范中却并未给出桁架拱 为：在拱的对称截面上分别作用一个水平荷载和 桥的主拱圈拱轴线计算长度 ，实际应用中，常常采 竖向荷载，看哪个方向刚度更小，约束更薄弱。若 用裸拱的拱轴线计算长度来考虑桁架拱桥的拱轴 水平方向刚度小 ，约束薄弱则是反对称失稳；若竖 线计算长度，而上承式桁架拱桥的腹杆对主拱圈 向刚度小，约束相对更薄弱则是对称失稳。对于无 有相当的约束作用 ，可以大幅度提高主拱圈的纵 铰拱和两铰拱 ，竖向力作用下拱以轴压为主，刚度 向稳定性。因此 ，采用裸拱的拱轴线计算长度虽然 较大，水平力作用下拱呈现出压弯和拉弯趋势，刚 偏保守，但是也很容易造成材料的不必要浪费。本