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1、拱橋荷載橫向分布方法研究【摘要】近年來，我國早年修建的拱橋出現(xiàn)了各種不同程度的病害,絕人多數(shù)已成為危橋。橋梁工程師們將面臨大量橋梁檢測工作，以分析這些危橋能否繼續(xù)運營和是否進行維修加固。因此，拱橋的荷載性能研究成為結(jié)構(gòu)分析的首要任務(wù)和準確判斷結(jié)構(gòu)強度、剛度的關(guān)鍵。本文結(jié)合工程實例，在靜載試驗基礎(chǔ)上，研究雙曲拱橋荷載橫向分布計算方法，分別采用彈性支撐連續(xù)梁法、橫向平面桿系冇限元法、修正比擬正交異性板法和空間梁板單元法。分析結(jié)果表明，在四種方法中，彈性支撐連續(xù)梁法和橫向平面桿系有限元法的計算精度較高，
2、計算過程也較為簡單，橫向平面桿系有限元法在模擬橋梁橫向受力狀態(tài)方面具有突出的優(yōu)勢，值得推廣?！娟P(guān)鍵詞】雙曲拱橋；橫向分布系數(shù)；彈性支撐連續(xù)梁法中圖分類號：U448.22+1文獻標識碼：A文章編號：1引言雙曲拱橋大部分修建于上世紀60、70年代的國省干線。據(jù)統(tǒng)計，在雙曲拱橋問世后的十年內(nèi)就建成4000余座，總長約35萬余米，占同期全國公路橋梁總延米數(shù)的四分之一左右［1］?，F(xiàn)冇的雙曲拱橋基本上都存在病害，在所有病害橋梁中所占比重很人，達40%左右。危IH橋梁不僅在我國各地區(qū)存在，在一些發(fā)達國家也嚴重存
3、在。各種關(guān)于舊橋的研究表明［2?4］,各國都視舊橋為寶貴財富，力圖通過維修加固予以充分利用。因為重建新橋不但耗用巨額投資和人力、物力，而且還需要很長時間，嚴重影響公路的正常運行。針對日前我國基木建設(shè)的實際國情，準確鑒定舊橋的承載能力，充分利用現(xiàn)有橋梁，具有十分重要的現(xiàn)實意義。在拱橋的結(jié)構(gòu)分析屮，荷載橫向分布系數(shù)的計算是準確判斷結(jié)構(gòu)強度、剛度的關(guān)鍵。2工程實例嘟嚕河大橋位于哈肇公路蘿北縣境內(nèi)，橋跨布置為5X30米鋼筋混凝土雙曲拱橋。該橋竣工于1977年9月，設(shè)計荷載汽-15,掛-80級。橫截面如圖1
4、所示。下部結(jié)構(gòu)采用埋置式橋臺，重力式橋墩，沉井基礎(chǔ)。橋面凈寬7米+2X1米護欄，全橋主體采用鋼筋混凝土材料，護坡為石砌。圖1嘟嚕河橋橫截面（單位:mm）該橋存在的主要病害為：橋墩身表面混凝土冇風(fēng)化現(xiàn)象；拱肋出現(xiàn)混凝土剝落；拱波開裂嚴重且有大面積滲水現(xiàn)象，拱腳處拱波開裂且有滲水現(xiàn)象，拱波橫向聯(lián)結(jié)處多處滲水；腹拱多處出現(xiàn)裂縫，部分貫通到橋面；側(cè)墻在與主拱圈聯(lián)結(jié)處出現(xiàn)裂縫，中部有露筋現(xiàn)象；橋面鋪裝混凝土有大面積破壞。3橫向分布計算方法3.1彈性支撐連續(xù)梁法采用彈性支撐連續(xù)梁法計算雙曲拱橋荷載橫向分布時，
5、是將雙曲拱橋橫橋向比擬為彈性支承連續(xù)梁［5、6］。在這種力學(xué)模式中，認為每一拱肋間的拱波和拱板為彈性支承在拱肋上并且具有一定剛度的連續(xù)橫梁，橋梁的荷載橫向分布按彈性支承連續(xù)梁的形式進行分配。計算橫向分布系數(shù)關(guān)鍵在于彈簧剛度的確定。H前以來修建的雙曲拱橋常以三拱肋到五拱肋的形式出現(xiàn)，而且由于機動車道、非機動車道分道,邊拱體系與中拱體系的整體剛度略有不同，故值應(yīng)分別計算。為了更為準確的分析，可以同時考慮拱肋的抗扭剛度，在橫向彈性支撐連續(xù)梁模型中將拱肋簡化為豎向彈簧和扭轉(zhuǎn)彈簧。建立橫向彈性支撐連續(xù)梁模型
6、,并計算各肋橫向分布影響線。然后采用靜載試驗加載方案來加載求出在屮載作用下各肋的橫向分布系數(shù)，計算結(jié)果如圖2、3所不。圖2彈支法橫向分布系數(shù)圖3橫向分布系數(shù)計算值與試驗值之比彈性支撐連續(xù)梁法和考慮扭轉(zhuǎn)剛度的彈性支撐連續(xù)梁法計算的荷載橫向分布系數(shù)與靜載試驗值之比在0.96?1.02之間，不考慮扭轉(zhuǎn)剛度時的比值在0.97^1.01Z間。靜載試驗得到的橫向分布系數(shù)曲線較陡，說明荷載橫向分布不均勻，中肋比邊肋等于1.32o其次是彈性支撐連續(xù)梁法，中肋比邊肋等于1.28O考慮扭轉(zhuǎn)剛度的彈性支撐連續(xù)梁法計算的
7、荷載橫向分布系數(shù)曲線和前兩項相比最為平緩，中肋比邊肋等于1?24。說明考慮扭轉(zhuǎn)剛度之后，荷載沿橫向分布更加均勻。3.2橫向平面桿系有限元法橫向平面桿系有限元法認為橫向結(jié)構(gòu)橫隔板（橫隔梁）、拱波和拱板彈性支撐在拱肋上。計算方法為將拱肋模擬為豎向彈簧和扭轉(zhuǎn)彈簧，然后建立橫向結(jié)構(gòu)的實際模型彈性支撐在拱肋上，如圖4所示。圖4雙曲拱橋橫向平面有限元模型根據(jù)受力特點，拱板與拱肋節(jié)點的連接以剛臂來模擬。并考慮拱波的縱向裂縫，在MIDAS中以釋放梁端約束來處理。計算結(jié)果如圖5、6所示。橫向平面桿系冇限元法的計算步
8、驟如下：（1）在裸拱拱肋需要求橫向分布系數(shù)的位置施加單位力和單位扭矩,求解在單位力和單位扭矩作用下的位移和轉(zhuǎn)角，取其倒數(shù)得到豎向彈簧剛度和扭轉(zhuǎn)彈簧剛度；（2）取縱向每延米建立雙曲拱橋的橫向模型，橫隔梁或者橫隔板的截面幾何特性為實際截面特性除以橫梁間距；（3）計算橫向分布影響線，得到橫向分布系數(shù)。圖5橫向平面桿系有限元法橫向分布系數(shù)圖6橫向分布系數(shù)計算值與試驗值之比考慮不同因素的橫向平面桿系有限元法計算的荷載橫向分布系數(shù)均與靜載試驗值接近，其比值在0?99、l?03Z間。其中，考慮豎
