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1、鐵道建筑2015年第l2期RailwayEngineering19文章編號：1003—1995(2015)12—0019-03雙啞鈴形鋼管混凝土拱圈受力性能分析唐燕(中鐵十八局集團第二工程有限公司，河北唐山063000)摘要：以西溪河大橋為工程背景，利用有限元軟件MIDASCIVIL對雙啞鈴形鋼管混凝土拱圈進行仿真分析。首先分析了不同荷載作用下拱圈的豎向位移，然后改變雙啞鈴形截面結構參數(腹板間距與蓋板間距)，分析兩結構參數對于拱圈撓度的影響規(guī)律。研究結果表明：雙啞鈴形拱圈拱頂節(jié)點對荷載敏感性較強，并由拱頂向兩側遞減；腹板間距與拱圈節(jié)點豎向位移基本呈線性關系，間距增大時拱圈下撓減小
2、；蓋板間距與雙啞鈴形拱圈撓度不呈線形相關，當蓋板間距在840～850mm時拱圈下撓較小，有利于拱圈結構性能發(fā)揮。關鍵詞：雙啞鈴形截面拱圈撓度腹板間距蓋板間距中圖分類號：U448．22文獻標識碼：ADOI：10．3969／j．issn．1003-1995．2015．12．05鋼管混凝土拱橋作為拱橋分支，具有結構科學、外2有限元分析型美觀、承載力優(yōu)越、跨越能力強等特點，因此鋼管混凝土拱橋成為業(yè)內研究的重點。陳寶春等?研究了鋼利用大型有限元軟件MIDASCIVIL對西溪河大管混凝土拱橋靜力、動力性能，并進行相關試驗；韋建剛橋進行仿真分析。利用拱橋建模助手，有限元模型采等研究了初應力對于鋼
3、管混凝土拱橋影響；文獻用梁單元對主拱圈進行模擬。主拱圈鋼管外徑為[3—6]研究了結構損傷對于混凝土極限承載能力的影1100mln，拱圈鋼管及其鋼板材料為Q345鋼。仿真響。以往研究的鋼管混凝土拱橋主拱圈截面多為單圓模型拱圈兩端視為固結，看做是無鉸拱理想狀態(tài)，主拱管形，對于現在應用廣泛的啞鈴形截面研究相對較少。圈鋼管沿拱軸線均勻劃分成60段。拱圈結構示意如本文利用有限元軟件MIDASCIVIL對雙啞鈴形圖1，有限元模型示意如圖2。拱圈進行分析，主要研究不同荷載作用下雙啞鈴形拱圈節(jié)點位移變化，以及雙啞鈴形板間距對于拱圈的影響，為相似拱橋的設計施工提供一定借鑒。1工程概況新建成貴鐵路西溪
4、河大橋起始里程DK416+910．55，終止里程DK417+404．15，全長493．6m，主跨為240m上承式鋼管混凝土拱橋。主橋拱圈為鋼管混凝土結構，拱趾中心跨度為圖1主拱圈示意圖2主拱圈鋼管有限元模型240m。主拱拱軸線為懸鏈線，拱軸系數m=2．2，矢跨模型在進行有限元分析時采用五點對稱加載，加比約1／4．364。拱肋高5．7m，寬3．0m，每肋由4肢載方式如圖3所示。61100mm×20mm鋼管構成，其上下弦各由2肢鋼管與其間的2塊20min厚的鋼板聯結成啞鈴形，在拱肋的全長上均為等截面；從拱趾起拱肋兩端各約53．0Ill范圍上下弦之間各由2塊16mm厚的鋼板聯結，構成實腹
5、段，使拱肋斷面呈箱形。收稿日期：2015—07-20；修回13期：2015．10．15作者簡介：唐燕(1981一)，女，工程師。圖3主拱圈五點加載示意20鐵道建筑3荷載一豎向位移曲線4參數分析有限元分析過程中，為了更加貼近實際工程，本文利用有限元方法進行靜力分析時，按照以下步驟首先對比了單圓管鋼管截面與雙啞鈴形鋼管截面性進行：能，分析表明雙啞鈴形鋼管截面性能遠遠超過單圓管1)將結構離散成有限個單元，建立坐標系；鋼管截面，在此不詳述。2)建立單元剛度矩陣；本文共進行了11組不同荷載影響下主拱圈雙啞3)建立整體剛度矩陣；鈴形鋼管豎向撓度研究。由于篇幅限制本文給出代表4)建立結構列陣{F
6、}=[K]{}。其中，{F}表示性3組荷載一豎向位移曲線，如圖4所示。節(jié)點荷載列陣，[]表示整體剛度矩陣，{6}為節(jié)點位移向量；節(jié)點位置／m10l!!5)求解線形方程組。為了能夠優(yōu)化雙啞鈴形鋼管拱圈性能，為相關設計提供參考，本文選取左(右)腹板間距D．、上(下)蓋宴板間距D：為研究對象。當D，D發(fā)生變化時，結構宕的剛度矩陣會發(fā)生相應改變，究竟有什么變化規(guī)律擬-匣通過荷載一豎向位移曲線來反映。崮-304．1D，變化對荷載一豎向位移曲線影響西溪河大橋設計中拱圈雙啞鈴形截面D為600-40mm，D：約為848mm。有限元分析過程中令五點施加圖4不同荷載作用下雙啞鈴形鋼管荷載一豎向位移曲線
7、荷載值為1000kN，令D．分別取480，520，560，580，600，640，680mm，研究中取L／6，2L／6，3L／6截面為代由圖4可知，當不同荷載作用在拱圈時，雙啞鈴形表。具體荷載一豎向位移曲線如圖6所示。鋼管豎向撓度趨勢是一致的，即拱圈中問撓度大，由拱圈中間向兩側遞減。由于結構對稱并且荷載作用對Dl／mm稱，因此拱圈左右兩側撓度對稱。450500550600650700—132I-l_為了更加形象地分析荷載影響下拱圈雙啞鈴形鋼管撓度變化，本文分別選取拱圈
