三连拱主拱拱脚的局部受力分析

1、第卷第期年月武汉工程大学学报（）文章编号：三连拱主拱拱脚的局部受力分析王志刚，王志海（）中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉摘要：针对钢管拱桥的设计计算中，拱脚部分由于结构构造复杂，采用考虑了剪切变形的三维梁单元也无法对其受力状况进行准确和仔细地模拟，需要采用空间实体有限元进行分析才能得到较真实的采用并采结构受力状态和应力分布，、对某三连拱的主墩拱座进行了详细的实体分析，用应力分析结果指导了该区域的钢筋配置关键词：三连拱；圣维南原理；局部应力分析：中图分类号：文献标识码：引言在钢管拱桥的设计及计算过程中，由于拱脚部分结构构造复杂，其受力状况难以进行准确的计算分析及模拟本研究以某工程实例

2、为背景，旨在通过建立空间局部实体有限元模型进行分析，利用圣维南原理通过整体模型的分析结果来设置适当的边界条件以反映结构真实的受力状况主桥上部结构采用三跨中承式钢管混凝土拱桥，）拱桥净跨径组合为（主桥全长，；桥梁全宽分上下行两幅桥梁，中央分隔带净，宽；横向共榀拱肋；拱桥吊杆距离为拱肋轴线均为二次抛物线，主拱拱轴计算跨径计算矢高计算，矢跨比为净跨径净矢高；，净矢跨比为边拱拱轴计算跨径，计算矢高计算矢，跨比为净跨径净矢高；，净矢跨比为，主桥上部主要受力构件由钢管混凝土拱肋、吊横梁、桥面道板等构成桥面系按悬浮体系设计，杆、半幅采用道加劲纵梁以增加桥面整体刚度图全桥整体布置图力学模型的建立根据桥梁结构的

3、总体构造布置，建立大桥的三维有限元空间模型拱肋、主梁、桥墩和桩模拟为考虑了吊杆模拟剪切变形的三维弹性梁单元，为只受拉力的桁架单元全桥空间模型如图图全桥空间有限元模型收稿日期：），作者简介：王志刚（男，河北赤城人，工程师研究方向：土木工程第期王志刚，等：三连拱主拱拱脚的局部受力分析该整体模型得到的梁单元应对于拱脚部位，所以必须采用实体单元进行细部分力明显失真，析在建立实体模型的时候，为了避免边界荷载对根据圣维南原理，关注区域的影响造成应力失真，在拱座周围建立了拱肋及立柱，截取主桥中间主以下简称主拱座，包括主跨部分拱肋墩拱座（边跨部分拱肋、立柱、预埋板、拱、座、普通钢筋）作为分析对象，根据施工图纸

4、建立模型并划分单元模型图和钢筋布置图见图，和立柱、拱座、钢管混凝土拱肋、预埋板采用三维实体单元，钢筋采用一维植入式钢筋单元考虑各种荷载效应组合后，通过整体杆系分析模型的内力结果，可以得到局部分析模型的边界条件，将杆系模型的内力弯矩结果加载在实体模型边界上，其内力结果如表图主拱座计算模型钢筋布置图计算结果根据整体杆系模型结果，共验算以下四种工况组合如表并给出部分代表性的结果图、此时边界荷载加载处的拱肋及立柱会出现应力失真，不在研究范围内，分析结果时将忽略这些位置的应力通过各个工况组合的主拉应力图，可以知在组合拱肋最值轴力作用下，主拱座的拉应力值完全满足抗拉设计要求，在组合由情况下，但于拱肋最值弯

5、矩造成小部分区域拉应力超标，可以不予考虑，另主要集中在钢管内混凝土区域，外预埋板下方直接接触钢管的混凝土个别单元应，力值偏大，达到考虑到有限元应力集中的因素可以忽略整体上来说结构基本满足抗拉强度设计要求从各个主拉应力等值面图（图）的对比中可知，在组合下主拱座区域主拉应力都在、在组合由于弯矩的以下，下，预埋板下方靠近立柱侧钢管周围的混凝作用，土会有部分区域应力超过达到，但该区域很小，考虑到有限元应力集中的影响，可以忽略图主拱座计算模型图图主拱座预埋板及钢管网格图从图、可知钢材及钢筋的范梅塞斯应力，满足规范要求最大为表细部模型边界荷载单元边跨方向主跨方向立柱最值工况轴向弯矩轴向弯矩轴向轴向剪力剪力

6、扭矩（）弯矩（）弯矩（）武汉工程大学学报第卷表工况组合组合类型组合组合组合组合工况边跨方向轴力最值工况主跨方向轴力最值工况边跨方向弯矩最值工况主跨方向弯矩最值工况边跨方向轴力最值工况主跨方向弯矩最值工况边跨方向弯矩最值工况主跨方向轴力最值工况）图组合主拱座主拉应力图（图组合主拉应力等值面图图组合主拱座主跨方向预埋板下方）主拉应力剖分面图（）图预埋板和钢管范梅塞斯应力云图（第期王志刚，等：三连拱主拱拱脚的局部受力分析分析要求也越来越高本研究基于圣维南原理对某三连拱桥的主拱脚进行了实体空间有限元分采用杆系模型得到内力，作为边界条件加载到析，并以此分析结果进行实体模型上进行应力分析，该区域的钢筋配置指导此方法具有很好的可行得出了一些有益的结论，对实际工程性与操作性，具有一定的实际意义参考文献：桥梁工程：上册北京：人民交通出版社，范立础彭文立，秦荣圣维南原理在钢管混凝土拱谢肖礼，：中国公路学报，桥分析中的应用，（）图工况一中钢筋范梅塞斯应力云图（曹鹏，许精文尼尔森体系系杆拱桥结构分张谢东，（）：析桥梁建设，李新平，姜天华板桁结合梁斜拉桥李元松，武汉工程大学学报，建模技术研究（）：，熊辉大跨度拱桥基于