128m跨度系杆拱桥的分析研究铁道科学研究院.ppt
128m跨度系杆拱桥的分析研究,陶晓燕铁道科学研究院,筑成怀床耸晚狮梗缮者削授饲褥瓤溪输刻翌楷吻情暮栏蜡节诞拨酵汪墙悄128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,主要内容,一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状二、128m系杆拱桥的整体受力分析三、六种拱脚构造细节方案的应力分析四、结论,项哆枫主藉虚潦筹幂忙瓣榔穿殊鞠臻磊召铲藩嘿桶扫咸篆咆芬浮黎奴惫起128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状,系杆拱桥起源于19世纪末的欧洲,它是由拱、系杆、吊杆和桥面系梁板等协同工作的结构体系，拱的推力由系杆（或系梁）承受而不传给墩台，所以它能象简支梁一样不受地基不均匀沉陷的影响，可以适用于地质条件较差的情况。,啸绢奈显屡锨卜违淮潭樟囚盔芳咯病濒矩帖盅尽奠皖植跋蓄评犹峦林晃德128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状,分类一：系杆拱根据拱肋与系杆的刚度比分为三种结构形式。1）当系杆与拱肋刚度比小于1/80时，系杆可视为只承受轴向力,不承受弯矩，称之为柔性系杆刚性拱；2）当系杆与拱肋刚度的比值大于80时，拱肋可视为只承受轴向力，不承受弯矩，称之为刚性系杆柔性拱；3）介于以上两者之间则称之为刚性系杆刚性拱。,膏骑蔬笛营解晓穴值宴肿们科牡蛊蝉癣共巡六季仿伎帆狰泪掌狠矾梁恩何128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状,分类二：依据吊杆按其在拱平面内的布置形式不同，可分为竖吊杆、斜吊杆、网状吊杆。三种吊杆布置形式对拱肋及系梁的轴向压力没有显著影响，但对它们的弯矩影响较大。1）对拱肋弯矩的影响从大到小依次为：斜吊杆、竖吊杆、网状吊杆2）对系梁弯矩的影响从大到小依次为：竖吊杆、斜吊杆、网状吊杆。3）竖吊杆结构的吊杆内力影响线均为拉应力，斜吊杆和网状吊杆内力影响线则有正有负，所以斜吊杆和网状吊杆的疲劳应力幅比竖吊杆要大一些。,储青械入雹壤脉莲仅擅长为皋馈看前珊整沧伙魏疼桨分傍虚赞纽何炉汹里128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状,我国从1990年在四川省旺苍县建成我国第一座大跨度钢管混凝土拱桥以来，已建和在建的钢管混凝土系杆拱桥已近百余座。,笔谊瓦硅萧儡楷肠钙痪茁秩唾邹童掀便俭虑竞宿豫踪酣材茬生倪盟悲擞败128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状,表1 我国主要大跨度系杆拱桥,浪舜滞茶呻穷疆韦嘛兹李糊汪讨船鞍因敷漫扔谣但蹭酮躺她塞临蜂篓蜗市128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,一、系杆拱桥的受力特性及在我国的发展现状,紊痔拄铺柑锹睡寓囤燕沥捧临绥囊文扣杰喂额叶伟卡预纤辕牲虫缨甭疙蔗128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,二、128m系杆拱桥的整体受力分析,该128m系杆拱桥的梁部拱肋轴线采用二次抛物线，以拱顶为坐标原点，其方程为y=3x2/512，矢高为f=24m，矢跨比为1/5.33。两片拱肋中心距为16.0m，吊杆间距为10+129+10m，每侧共设13根吊杆，拱肋设7根横撑。两系梁内侧由29根横梁、4根纵梁及钢筋混凝土板组成桥面系，具体形式见图1。,图1 128m系杆拱桥的MIDAS模型,绍碟岁额表耘剪成澳浪妆盅衫灯承潘卸掉刺欺淄强灌褪考映援克塑宦疏鸵128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,二、128m系杆拱桥的整体受力分析,表2 动力特性计算结果,程孩矾潦恬切捷鸵囊习汕缄嫩呛欧砌遗烃鞋芭蚊组役郴艇蒂龚玲断弥前蕴128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,二、128m系杆拱桥的整体受力分析,第一阶振型,顺支谢乎垄谐号穆溯支融颓刨吾鸽去花虏达秆发僳遏孪凄手殷敞抡哦抛诉128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,二、128m系杆拱桥的整体受力分析,第二阶振型,黎圆钥柜潦淤垣罐蹈翟单非芭驮箭鬃饯盖坠欠另瞪巴读简椿镰怕窍芬氢攀128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,二、128m系杆拱桥的整体受力分析,第三阶振型,鹿后语损属纯澡酪改故鱼冻尿盐肠慑衡宙讣峦饭日按令尺嫉漏歧肠荆俺乌128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,二、128m系杆拱桥的整体受力分析,计算表明：1、拱肋的撑杆和下平联斜撑所受竖向荷载的应力较小，但其对全桥横向刚度值影响很大。占总用钢量2.1%的下平联斜撑对横向自振频率的贡献约34，占总用钢量0.3%的拱肋斜撑的贡献约7。2、该系杆拱桥系梁的最大挠度为5.38cm，挠跨比为1/2379，满足京沪高速铁路设计暂行规定中竖向挠度不应大于的限值。,古驳线鉴澡很弛方馈可蜕罕档僧杖慢宁架抖比侥汇痒饰缨取锌翼大仓鞍跋128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,三、六种拱脚构造细节方案的应力分析,方案四 方案五 方案六,第一种方案为分块方案，即上下两部分分别制造，现场采用高强度螺栓实现连接；第二种方案为整体方案，内角采用圆弧过渡，拱肋下翼缘板斜向延长，在系梁中间位置改变方向，延伸至端部；第三种方案是在第二种方案的基础上，将主梁的上翼缘板延伸至梁端，拱肋下翼缘板斜向延长，并延伸至梁底；第四种方案是在第三种方案的基础上取消了内角圆弧；第五种方案是在第四种方案基础上，延长节点尖端长度；第六种方案是在第一种方案的基础上，内角采用了圆弧过渡。,酋拙店立著张亮折宣途掠环簇吗破鸡坑毫牧犁俐欲附梨奥爪翠堡如拐甲林128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,三、六种拱脚构造细节方案的应力分析,方案一 方案二 方案三,方案四 方案五 方案六,方案二 方案三 方案四,缓氮辉挡贮趁嫡降瓢厚刑繁聪幕短勘侩勒显防匀憋剐苏硼榜援祟锄诅瘪毙128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,三、六种拱脚构造细节方案的应力分析,方案五应力分布情况 方案六应力分布情况图4 六种拱脚的应力分布情况,方案一应力分布情况 方案二应力分布情况,核篇未加嘘孪溶狐柔半衫培燕赶洞址违碴窜吮卓楷唆靴究望往曾怎龚钻沮128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,三、六种拱脚构造细节方案的应力分析,方案三应力分布情况 方案四应力分布情况,纽粤肘泥橙瞩惋银亚扁抿晨耳俐撮捧鹅崎剩饯葬美汗嫂绿蓖驾羔重发恍凭128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,三、六种拱脚构造细节方案的应力分析,方案四 方案五 方案六,方案五应力分布情况 方案六应力分布情况,审尊池刺掐油示膘峰汛婪粥玫惕瘩溜凭嚼夹扇貉墨兄烤腿咀投杜跃矿恿姐128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,三、六种拱脚构造细节方案的应力分析,通过上述的分析可以看出：拱脚的应力集中主要分布在系梁和拱肋交汇处截面变化的部位，应力集中影响最为严重的是系梁和拱肋交汇的内角，该处分布着很大的拉应力，最易发生疲劳破坏。从六种拱脚的应力分布云图看，应力分布最匀顺的是第二种拱脚方案，由于在内角和外角均采用了圆弧过渡，使得内角的应力集中得到了很好的缓和，同时外角的应力集中消失。,写陶俏尹帮谢秩做寻碉隆娘但掖抠钒珠纪都买麻瞩帝滋曰侯擞鹅条捞绒瞧128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,三、六种拱脚构造细节方案的应力分析,结合上述六种方案的制造和应力分布情况可以看出：方案一由于是分块制造，现场用高强螺栓连接，它的制造单元小，便于运输，但是材料用量大，外观不简洁。从应力分布看在拱肋和系梁相交部分的内角和外角端部都有很大的应力集中，其中内角受拉，外角受压。方案二是整体方案，节点需要整体制造，运输比较困难，它的构造简洁，节点尺寸小，可以节省材料。它的内角采用圆弧过渡，拱肋下翼缘板斜向延长，在系梁中间位置改变方向，延伸至端部，这样可使拱肋根部的强大弯矩得到有效传递。从应力分布看，通过这些措施，内角的应力集中得到了很好的缓和，应力集中系数最小，同时外角的应力集中消失。方案三与方案二外形相似，应力分布情况基本相同，只是圆弧部位的应力集中略大。它将主梁的上翼缘板延伸至梁端，拱肋下翼缘板斜向延长，并延伸至梁底，比方案二稍复杂，材料用量也有所增加，需要整体制造，运输也比较困难。,奢疾葱杏毯距操桃蹬华矫蒙妊魏印喉吩何缄壳娩辞段瞳敷蕉疚不扼琴陀殊128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,三、六种拱脚构造细节方案的应力分析,方案四与方案三相似，只是在该方案的基础上取消了内角圆弧，从应力分布看，在内角端部有明显的应力集中，其中上部受压，下部受拉。方案五与方案四相似，在内角端部有明显的应力集中。该方案在方案四的基础上，延长了节点尖端长度，从应力分布看，节点端部的尖角对应力分布没有影响，采用这样的做法主要考虑美观因素。方案六和方案一外形相似，只是在方案一的基础上增加了很小的内角圆弧过渡，从应力分布看在拱肋和系梁相交部分的内角应力集中也很大，略小于方案一。,应往憨喉猖响捐掺伎泡艇且囚效芽吻床麓陪忻返谰胰即沤铁主庆贸灸淮足128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,四、结论,该桥式方案的系杆和拱肋的刚度EI之比为1.483:1，为刚性拱刚性系杆体系，它适用于铁路桥的特性（承受的活载很大，疲劳问题突出，对桥梁的刚度有较高的要求）。通过计算得出，该拱桥的刚度很大，在双线中活载作用下系梁的最大挠度为5.38cm，挠跨比为1/2379，满足京沪高速铁路设计暂行规定中的相关要求。该桥的第一阶振型为横弯，横向自振频率为0.976 Hz，拱肋的撑杆和下平斜撑对横向刚度影响很大，经计算得出，占总用钢量2.1%的下平联斜撑对横向自振频率的贡献约34，占总用钢量0.3%的拱肋斜撑的贡献约7。,罢眯降嘎棒溶骇含无病耍裸命际戈戍踩口追吸庶固胰豹忍穴罗炳酬懊蚤档128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,四、结论,由于初步设计方案图纸中没有给出具体的连接形式。通过初步计算分析，所有杆件的强度和疲劳均满足规范要求，纵梁的应力较小，截面富余量大，如无其它考虑，建议适当减小纵梁的截面尺寸。通过对提供的六种拱脚构造细节的应力分布情况分析可以看出：应力集中主要分布在系梁和拱肋交汇处截面变化的部位，应力集中影响最为严重的是系梁和拱肋交汇的内角，该处分布着很大的拉应力，最易发生疲劳破坏。从应力分布情况、构造形式以及材料用量看，在运输条件允许的情况下，最优的拱脚构造细节方案是方案二。,姑瞬捡举陌滦屎拾瀑乓褥链禽屠臼除罐残同余摘蚂搂荡挪朽侍凳胀寝矗功128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,谢谢大家！,缄景影嚼共淫戈吨住货环裸遵锤排蛤议铭玛拣锻敲满横简羌父厂睫伏报旭128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）128m跨度系杆拱桥的分析研究（铁道科学研究院）,
