跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计---文献综述

1、题目：大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计(90+180+90m)文献综述:1概述1.1连续梁拱组合桥梁梁拱组合体系桥是目前发展较快的一种桥型，它是一种经济、实用、 美观的桥型，在我国南方某些地区已有一些比较成功的应用实例，但在 北方地区应用还很少。连续梁拱组合桥作为一种新型的组合结构，它具 有能使拱与梁共同受力特性，既可以充分发挥混凝土拱的优越性，又可 避免桥梁墩台承担水平推力。其结构外形轻巧，竖向刚度大，因而比较 适用于承受较大竖向荷载的大跨度铁路桥梁。组合桥式结构因具有结构刚度大、动力性能好等优越性，近年来相继在铁路桥梁设计中得到应用 与研究。采用预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱肋组合形成的连

2、续梁 拱组合桥，具有较大的竖向刚度和良好的动力性能，特别适合高标准铁 路建设的需要。2连续梁拱组合桥梁的国内外研究现状2.1梁拱组合桥梁发展从连续刚构按结构体系的发展脉络来看，经历了由简单到复杂的过 程，即从简支梁(板)桥一T形刚构桥一悬臂梁桥和连续梁桥一连续刚构 桥。其跨越能力较T型刚构桥和连续梁桥大，已成为主跨120300m范围 内的首选。1991年葡萄牙建成的主跨跨径250m勺Oporto预应力混凝土铁 路桥居同类桥型的世界首位。1999年挪威建成的Stolma公路桥主跨跨径 达301m居同类桥型的世界前列，其跨中182 m采用轻质混凝土。2006年 中国重庆石板坡长江太桥公路复线桥主跨

3、更是达 330m居同类桥型的世 界第一，实现的方案是主跨采用钢筋混凝土箱梁结构。以上的工程实践 是不改变连续刚构的桥梁形式，除了对混凝土梁段施加强大的预应力以 外，某些桥梁还通过降低部分节段的重量来增大主跨跨越能力。如果把 连续刚构作为主体桥梁，柔性拱体系看作梁体的加劲部分，这样演变而 成的连续刚构柔性拱组合桥也将是增大跨径的有效桥梁形式。连续刚构桥其变形、内力和应力在结构中起伏较大，应力甚至出现 较大的拉应力，其强度、刚度在一些截面处无法满足设计要求。连续刚 构柔性拱桥在变形、内力、应力方面变化较均匀，明显改善了主梁对等 的连续刚构桥的不足之处，使结构受力较为合理。这是因为刚构桥通过 柔性拱

4、加劲后，整体结构的竖向刚度增大，结构性能已不同于单独承力 的梁桥与拱桥，而是充分发挥了拱与梁各自的受力特点。这包括：梁体 自重主要由主梁部分承担，而二期恒载及活载则由梁、拱共同承担。柔 性拱体系起到了一个转换大跨度主跨分布力至拱圈，再至桥梁墩身、基 础的作用。2.2桥梁结构分析专用软件和CAD术自70年代后期以来，我国桥梁结构分析专用软件和CAD技术得到大力 开发和应用。其中包括采用有限元法编制的桥梁通用综合程序以及许多 桥梁专用程序，实现设计、计算（如Dr. Bridge桥梁博士系统，MIDAV Civil程序等）。绘图一体化，大大提高了计算精度和速度，特别是用于 大量重复计算、局部应力分析

5、、设计方案优化。大跨径预应力混凝土桥 梁的结构分析设计软件开发和推广应用，适应了我国桥梁建设高速发展 的需要。3连续梁拱组合桥梁的研究方法3.1桥梁的结构特点与施工技术针对本设计背景，选用镇江京杭运河特特大桥主桥连续梁拱组 合结构将部分恒载及活载通过吊杆传至拱肋，由拱肋直接传到主梁根部，拱肋产生的水平推力由主梁承担。本桥为刚性连续梁柔性拱组合结构， 主梁采用悬灌施工，梁体自重由主梁承担，二期恒载及活载由梁、拱共 同承担，主梁为本桥主要承重结构。采用“先梁后拱”施工方案，以连续梁桥面为工作面，矮支架拼装 拱肋钢管后，将拱肋钢管竖向转体就位，施工受力二者相互利用，充分 发挥了两种结构的优点。主要施

6、工步骤如下：(1) 利用挂篮悬臂浇筑主梁；(2) 合拢主梁边孔，拆除临时支墩；(3) 合拢主梁中孔；(4) 以桥面为工作面，矮支架拼装钢管拱肋；(5) 利用桥面塔架及其它设备，使钢管拱肋竖向转体就位，合拢拱顶、 固结拱脚；(6) 依次灌注拱肋上弦管、下弦管、缀板内混凝土；(7) 按指定次序张拉吊杆，调整吊杆力；(8) 施工桥面系，调整吊杆力到成桥设计索力，完成全桥施工。3.2桥梁静力计算3.2.1主梁纵向计算主梁纵向按容许出现拉应力不容许开裂的预应力混凝土结构设计。同时，需要计算在ZK活载静力作用下最大挠度和挠跨比。3.2.2主梁横向计算主梁横向分无吊杆区和有吊杆区分别计算。无吊杆区沿纵向截取

7、单 位长度的主梁梁体，简化成腹板下缘三点支撑的双孔框架，按刚性支撑 和弹性支撑包络计算。有吊杆区沿纵向截取一定长度的主梁梁体，简化成腹板下缘三点支 承的双孔框架，吊点处加竖向集中力，按刚性支撑和弹性支撑包络计算。主梁横向计算荷载包括恒载、活载、温度变化等，横向温度变化分 日照和寒潮两种模式考虑。3.2.3拱肋检算拱肋钢管及混凝土正应力计算拱肋正应力主力组合主+附组合(MPa)上缘下缘上缘下缘钢管最大正应力钢管最小正应力混凝土最大正应力混凝土最小正应力拱肋极限承载力Nu,计算轴力Ni，安全系数在不同力组合下是不一样的，这是需要主意的。余下的吊杆验算与支座反力就不多介绍了，按最不利荷载计算。3.

8、3桥梁抗震研究分析方法适用范围评注静力法（19 世纪末20 世纪40年 代）弹性静力 法桥台等刚性结构仅对可视为刚体的结构有效，最 为简便，但忽略结构动力反应。非线性pushover分析复杂桥梁设计一般不米用，多用于抗震性 能评估，可同时计算非线性反应 的需求和能力，但其用静力分析 代替动力过程，需求计算忽略高 阶振型的影响。反应谱法（20世纪4060年代）单振型规则桥梁仅对可视为单自由度振子的结构 有效，适用于线弹性反应问题， 但无法反映地震动持时影响。多振型复杂桥梁规范米用的主要分析方法，但存 在振型组合问题，尚难考虑非一 致激励。等效线性化一般用于 规则桥梁可估算非线性系统的最大反应，

9、在位移设计中应用广，但仍需更 多实践检验。动态时程 法弹性复杂桥梁规范米用的主要分析方法，可同 时计算弹性结构反应的需求和能 力，一般需要依靠计算机程序完 成。非线性特别复杂 或关键桥 梁可以考虑P-效应和材料非线 性，可同时计算非线性反应的需 求和能力，但计算过程复杂，结 果需要分析和校核。从动力学的角度上来看，弹性静力法在理论上存在极大局限性。因为它把结构动力反应特性这一重要因素忽略了。只有当结构可以近似地 视为刚体时，弹性静力法才能成立。不过，弹性静力法概念简单，计算 公式也简明扼要，因此在实际应用中仍受到欢迎（比如用在桥台和挡土 结构的抗震设计中）。弹性反应谱法通过反应谱概念巧妙地将动

10、力问题静力化，使复杂的 结构地震反应计算变得简单易行，大大提高了结构的整体抗震设计水平 目前世界各地都把它作为一种基本的分析手段。但反应谱法也存在一些 缺陷，例如它无法反映地震动持时和非线性影响。此外，基于弹性反应 谱理论的现行设计规范设计方法，往往使设计者只重视结构强度而忽视 了结构应具有的非弹性变形能力（即延性）。从理论上讲，动态时程分析法提供了对结构地震反应的最准确计算, 而且它还可以同时进行结构在地震动作用下进入塑性后的需求和能力比 较。但是，动态时程分析法需要耗费大量的计算时间，需要输入大量的 计算数据。因此，只有特别复杂和重要的桥梁，才需要使用动态时程分 析方法。从组成结构抗震设计

11、理论的四个方面内容（输入地震动、结构和构 件的动力模型、实用的地震反应分析方法以及设计原则）来看，静力理 论对这四个方面都作了极大的简化，反应谱理论也进行了较大简化，而 动力理论则有比较全面的考虑。静力理论的输入地震动只考虑根据历史 震害估计的地震动最大加速度，不要求结构动力模型和地震反应分析， 设计原则为常规的静力强度设计原则。反应谱理论的输入地震动也只要 求规定地震动的最大加速度，结构假定为弹性，动力分析基本局限于线 弹性范围，非线性反应一般通过考虑结构总体的允许延性系数反应，设 计原则为常规的静力强度设计或延性设计原则。动力理论的输入地震动 要求给出符合场地情况的具有概率含义的加速度时间

12、函数。结构和构件 的动力模型更接近实际，包括非线性特性。地震反应分析方法考虑了结 构反应的全过程，包括变形和能量耗损的积累。设计原则考虑到多种使 用状态和安全的概率保证。可见，在结构抗震设计理论的四个方面，动 力理论都有更具体的要求、更明确的规定和更详细的计算。5结语梁拱组合桥梁在现代社会中正处于发展的阶段，我国无论在设 计、施工、预应力材料和设备上都取得了很大进步和一定成就，然而与 国际先进水平仍存在一定差距。今天，我们需要不断地总结经验、吸取 教训，在设计理论、设计规范、材料和施工技术上不断完善、不断发展、 勇于创新。相信通过大家共同努力，在 21世纪一定能将我国大跨度梁拱 组合桥梁的设计

13、、施工水平推向更新的高度。主要参考文献:1 姚玲森，桥梁工程，人民交通出版社。2 樊海琳 许惟国，梁拱组合桥考虑柔性拱前后的结构分析比较，四川建筑第28卷1期2008. 023 潘少冬，连续梁拱组合体系桥应用实践，铁道建筑2006年第10期4 范立础，桥梁抗震，同济大学出版社，1997 王克海，桥梁抗震研究，中国铁道出版，20076 黄晓彬李涛吴定俊，大跨度单线铁路连续梁拱桥动力特性分析，铁道标准设计，20097 申超，大跨度梁拱组合桥施工技术，建材技术与应用4/20078 王文清，梁拱组合体系桥梁的设计与施工，工程与建设，2007年第21卷第2期9 金成棣，预应力混凝土梁拱组合桥梁设计研究与

14、实践，人民交通出版社，2000.10 高丽曹文杰，京沪高铁镇江京杭运河特大桥主桥连续梁拱设计，铁 道勘测与设计2008(5)11 预应力工程实例应用手册(桥梁结构篇)，中国工业建筑出版社，199612 项海帆 姚玲森，高等桥梁结构理论M，人民交通出版社，200113 Priestley MJN等著，桥梁抗震设计与加固，人民交通出版社，199714 孙树礼，连续梁拱组合桥梁设计关键技术对策研究，铁道标准设计2005(5)15 李健辛克贵张崇厚叶桢翔易桂香，梁拱组合体系桥梁的设计实 例，河北工程大学学报(自然科学版)第25卷第1期2008年3月研究方案：1参考同类设计的基础上，经过比选初步拟疋尺寸；2确定桥梁承受的各种作用（荷载）；3用电算程序进行详细结构计算，并进行荷载效应组合；4. 按铁路规范要求进行各项检算，主要指标为：1）强度安全系数；2）混凝土抗裂性；3）预应力损失计算；4）控制截面各阶段应力检算；5）挠度计算5. 绘制结构设