关于拱桥吊点应力分析的探讨

发布时间：2022-10-05 10:02 热度：

　　摘要：结合某拱桥工程，分析了该桥吊点部位单元应力的分布特点及其变化规律。根据计算结果，给出相应分析及总结，对类似应力分析有一定的参考价值。

　　关键词：拱桥;吊点;局部应力;分析计算

　　1.引言

　　在城市景观桥方案比选中，拱桥以拱圈曲线优美、柔中带刚、韵律感强及传力路径明确等优点得到一定的青睐，其将传统与现代风格有机结合起来能够创造一种跨越性视觉美观。在地势平坦处，多为中承式或下承式且矢跨比小的坦拱，拱肋造型可多样化，材料可以为砖、石、钢筋混凝土、钢管混凝土等。

　　但是，在吊索与拱圈的连接处，由于吊索处局部开孔，在整个拱肋中圆孔的尺寸相对很小，而且锚箱位于拱肋内部的隐蔽部位，构造较为复杂，吊索作用在吊点处的力相对较大，因此吊点附近拱肋的应力比较大，应力分布也较为复杂。本文结合某城市跨河景观拱桥工程，分析了该桥吊点附近拱圈的应力大小及变化规律，其结果对同类工程具有一定的参考价值。

　　2.工程概况

　　某跨河景观拱桥，为下承式系杆拱结构。单片主拱拱肋采用薄壁钢箱结构，主桥全长57.42m，桥面宽40余米，一孔跨越某河，主桥孔跨布置为44m，矢高8.8m，矢跨比为1/5，拱轴线采用悬链线，拱轴系数m=1.5。拱肋截面为1.5×0.9m的钢箱构件，顶、底、腹板均采用20mm厚钢板，均布置有厚8mm，宽120mm的加劲肋，加劲肋间距120mm。拱圈内每4.2m布置一道与轴线垂直中间开孔的横隔板，横隔板厚10mm。拱肋嵌入拱座内2m，通过30mm的端板和40mm厚的承压板与拱脚混凝土连接，拱圈内钢板均采用Q345C钢材制作。全桥拱肋共9对吊杆，吊杆纵向间距按4.2m设置。吊杆采用85丝φ5高强平行钢丝束配冷铸镦头锚具。为确保吊杆的使用性能，设计中吊杆索采用低应力防腐成品拉索。钢丝抗拉强度标准值1670MPa，设计容许拉应力668MPa，安全系数2.5。

　　由Midas有限元软件全桥初步分析计算结果可知，靠近拱脚的第二对吊索处的内力较大，建模时取该部位作为吊点局部分析的研究对象。

　　3.建模计算过程

　　3.1材料特性

　　拱圈材料均为Q345C，其具体参数为：E=2.06e+5N/mm2;泊松比为0.3;重量密度为7.698e-5N/mm3;热膨胀系数为1.2e-51/C。吊杆为φ5高强钢丝吊杆，应采用符合《预应力混凝土用钢丝》(GB/T5223-1995)标准的II级松弛(低松弛)钢丝，其抗拉强度标准值fpk=1670MPa。锚具采用85-5型冷铸锚。Wire1670钢丝具体参数为：E=2.05e+5N/mm2;泊松比为0.3;重量密度为7.85e-5N/mm3;热膨胀系数为1.2e-51/C。

　　3.2网格划分

　　采用实体网格划分，整个拱圈为一个实体，最小网格划分尺寸为4mm，经实体自动划分后共有208569个节点，230835个单元。

　　3.3加载及边界条件

　　由Midas全桥计算结果知，所取的局部拱圈右端相应内力为：轴力为10670KN，受压;剪力为740KN，方向垂直拱轴线向下;弯矩为884KN.m，方向为右手法则顺时针。将这些力作为外荷载施加于局部拱圈自由端。

　　单根吊索力为950KN,将其等价换算为面力f=6761并分别施加于两个锚箱的传压板上，方向垂直向下。拱圈边界条件为左端固结，右端自由。

　　4.Midasfea软件计算结果分析及总结

　　4.1锚箱内部最大内力分布

　　在自重、双根吊索拉力及自由端轴力、剪力和弯

　　矩的综合静力作用下，通过Midasfea有限元软件实体分析得出吊索处拱圈局部内力分布情况：

　　(1)单元最大应力图

　　图1锚箱内部纵剖面应力分布图

　　图1为锚箱内部纵剖面内力分布图。锚箱内最大单元应力为351.894Mpa，如图中底板区域所示。

　　(2)锚箱内部横剖面单元应力力分布图

　　图3为锚箱内部横断面应力分布图。最大单元应力达351.894Mpa，如图中底板区域所示。

　　图2锚箱内部横断面应力分布