下承式铁路钢管混凝土系杆拱桥吊杆力学行为分析

摘要

近年来,钢管混凝土系杆拱桥在我国桥梁建设中异军突起,是主跨60-200m跨径范围内最具竞争力的桥型之一。吊杆是下承式系杆拱桥的重要传力构件,吊杆张拉力对系梁和拱肋的受力状态影响较大。由于设计初期关于吊杆的设计理论没有规范化,忽视吊杆的疲劳腐蚀问题,对影响吊杆受力的结构因素没有系统研究,目前吊杆受力安全问题成为影响钢管混凝土系杆拱桥运营的关键问题。
　　 本文以某一实际工程为实例,建立下承式钢管混凝土系杆拱桥的有限元模型,利用MIDAS CIVIL计算软件对该工程模型进行有限元分析。
　　 针对吊杆的疲劳破损受力问题,分析了影响吊杆受力行为的几个主要因素,包括温度变化、混凝土收缩徐变及吊杆的风雨振问题、桥梁振动问题和吊杆的连接形式等。分析认为,吊杆的破损原因包括其自身所受的复杂的附加剪力和附加弯矩环境、长期处于高频振动状态和材料的锈蚀等综合作用,疲劳受力并不是吊杆破断的唯一原因。
　　 根据力的平衡法计算确定吊杆的张拉力,保证了拱肋和系梁的恒载弯矩合理分布,吊杆的受力均匀。对于施工阶段的吊杆初始张拉力利用倒拆法求解得出。通过对吊杆的张拉力进行合理调整,使得系梁控制部位及拱肋的内力分布趋于合理。通过对比成桥前后吊杆受力变化,表明活载增大了吊杆所受的张力,吊杆索力增加幅度基本一致,吊杆受活载影响较大。
　　 通过改变结构体系要素,对比分析其对吊杆受力的影响程度。计算数据表明:保持适当吊杆间距(一般为5～10米)对吊杆自身的疲劳受力及梁拱整体受力是有利的,间距过大或过小都会带来拱桥施工或者受力方面的问题;1/4跨与跨中位置处吊杆的疲劳受力是最为严重的,设计时需引起注意;拱桥矢跨比的变化对吊杆的受力影响不明显;吊杆的应力和应力幅值随着拱梁刚度比的增大而增大,且受影响最大的是边吊杆;边吊杆至拱脚的距离改变只对边吊杆的受力产生较大影响,对其它吊杆影响不大。