1、 1 浅谈飞燕式钢管混凝土拱桥边拱肋间横梁的计算方法 摘要：以辽宁省锦州市某拟建桥梁为工程背景，结合传统的“横梁”计算方法，采用 Midas/Civil 2012 对该飞燕式钢管混凝土系杆拱桥的边拱肋间横梁按照不同的约束条件进行有限元结构分析， 对比计算结果，研究该类构件的计算方法，以供广大桥梁设计者借鉴参考。 Abstract： A proposed bridge in Jinzhou City， Liaoning Province is taken as the engineering background. Combined with the traditional calculatio
2、n method of “beam“， Midas/Civil 2012 is used to carry out the finite element structure analysis of the side arch intercostal beam of flying-swallow-type concrete-filled steel tubes tied-arch bridge by the different constraint conditions. The calculation results are compared to research the calculati
3、on method of the members to provide reference for the large bridge designers. 关键词：飞燕式钢管混凝土拱桥；系杆拱桥；肋间横梁；盖梁；计算分析 Key words： flying-swallow-type concrete-filled steel tubes arch bridge ； tied-arch bridge ； intercostal beam ； bent cap ；computational analysis 中图分类号： U441 文献标识码： A 文章编号： 1006-4311（ 2016）01
4、-0136-02 2 0 引言 众所周知，钢管混凝土作为一种新兴的组合结构材料，将钢材与混凝土各自的性能进行互补，使二者的优点结合在一起，被广泛应用于各类建筑结构之中。而钢管混凝土在桥梁工程中的应用则主要常见于以承压为主的拱桥，与同等跨越 能力的其它桥型相比，其在美学效果、经济指标、受力特点、施工便利等方面都毫不逊色，也正因此，钢管混凝土拱桥倍受业界青睐 1。 在中承式钢管混凝土系杆拱桥中，其横梁体系主要包括吊杆横梁、立柱横梁、肋间横梁和端横梁，本文所阐述的边拱肋间横梁，是指连接在边拱拱肋之间、通过支座传递上部结构荷载的横向受力构件，与传统的横梁计算方法类似，笔者对比了按照不同的边界条件来模拟
5、分析的结果，希望能得到一种该类构件的简化计算方法。然而，边拱肋间横梁的实际受力模式十分复杂，拱肋、端横梁、其他肋间横梁、边拱系梁，甚至是系杆、拱座及承台、桩基，都会对其受力产生影响，因此，常用的简单的以简支梁来模拟边拱肋间横梁的受力是不合适的，其实际受力模式应该是更为接近桥梁工程中的墩台盖梁。 1 工程概况 拟建桥梁主桥为 40+150+40m 三跨飞燕式钢管混凝土中承式系杆拱桥，边主跨比为 0.27。详见图 1。 主跨净跨径 141.347m，两侧边跨为上承式钢筋混凝土悬臂半拱；通过锚固于两侧边拱末端的系杆使结构形成为自锚体系拱桥。主拱拱肋采用钢管混凝土桁架式结构，拱轴线采用悬链线，计算跨径
6、 L=143.905m，计算矢3 高 f=30.572m，矢跨比 f/L=1/4.707，拱轴系数 m=1.28。主孔横桥向平行设置两片钢管混凝土拱肋，其横向轴线距为 24.5m。 边拱拱肋为钢筋混凝土结构，拱肋为悬臂半拱，拱轴线为悬链线，计算跨径 L=72.357m，计算矢高 f=8.112m，矢跨比 f/L=1/8.92，拱轴系数m=1.3。边孔横桥向平行设置两片钢筋混凝土拱肋，其横向轴线距为 24.5m。边拱为等截面拱肋，采用矩形截面，高 2.8m，宽 2.2m，实心截面。采用C50 混凝土现浇施工。两片边拱拱肋横向通过端横梁、边拱肋间横梁、边拱肋间系梁连接。 边 拱肋间横梁为钢筋混凝土
7、构件，采用 C50混凝土支架现浇。截面为工字型（边拱拱肋处为矩形断面）。横梁顶翼缘宽 1.5m，厚 0.3m，底板翼缘宽 1.5m，厚 0.3m，腹板厚度为 0.48m；跨中梁高 2.4m，横梁顶面横坡为双向 1.5%。详见图 2。 2 有限元分析 边拱肋间横梁与边拱拱肋一同浇筑，协同受力，不难想象，其实际结构更接近于墩台盖梁，而根据文献 2中的相关规定：墩台盖梁与柱应按刚构计算。当盖梁与柱的线刚度（ EI/l）之比大于 5 时，双柱式墩台盖梁可按简支梁计算，多柱式墩台盖梁可按连续梁计算。以上 E、 I、 l 分别为梁或柱混凝土的弹性模量、毛截面惯性矩、梁计算跨径或柱计算长度。 但在实际工程中
8、，把拱肋简化成“柱”是不准确的，由于横梁以及系梁的存在，其“计算长度”也很难确定。而且在此类大型工程项目中，很少能做到一个设计人员兼顾所有构件的结构计算，所以工程师们都希望寻求边拱肋间横梁的一种简化计算方法。 4 为比较各种简化计算结果与真实情况的差异，笔者采用横向计算理论3， 4，分别按照伸臂梁（简支）、固端梁（肋间固结）和全桥空间模型来模拟。详见图 3。 3 计算结果比较 经过计算，得出边拱肋 间横梁分别按照简支、固结和全桥空间模型的恒载及活载内力。表 1 列出了各种情况下的弯矩结果，其恒载内力图如图4 所示。 由上述结果可知，跨中截面正弯矩按简支计算结果最大，支点截面负弯矩按固结计算结果
9、最大（代数值），笔者也进行了采用考虑一部分“柱”的刚构模型来计算横梁，其趋势为：“柱”越长，结果越接近于肋间固结，“柱”越短，结果越接近于简支梁，而真实受力情况应该是恰好处于两种情况之间，图 4 所示内容基本能够反应边拱肋间横梁受力的上、下限，可类比于“包络图”。 4 结论 通过计算分析表明：以线刚度之 比来判断边拱肋间横梁是否可以采用简支梁（或连续梁）来计算的方法不易掌握，结果也不够准确，会导致支点截面负弯矩代数值偏小，而按照肋间固结来计算又会导致跨中截面正弯矩偏小，总体模型的计算结果介于两种简化方法之间，可以认为边拱拱肋对横梁的约束起了作用。笔者认为可以采用桥梁博士软件分别按照简支和固结来
10、简化计算，以此两项结果作为“包络图”来与主桥平行设计，但应注意温度的影响会导致结果不准，待主桥模型最终完成后可取单片边拱肋间横梁做 RC 验算来验证结果。由于现有的桥梁结构商业软件已经5 能够做到较为精确的计算，笔者建议在 工期允许的情况下边拱肋间横梁应该尽量采用空间模型计算，在考虑了沉降、地震力、温度、风荷载等多方面因素组合后结果更为准确，而不是采用单梁计算造成不必要的浪费或者出现安全问题。 参考文献： 1陈宝春 .钢管混凝土拱桥 M.北京：人民交通出版社， 2007. 2JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 S.北京：人民交通出版社， 2004. 3姚玲森 .桥梁工程 M.北京：人民交通出版社， 2008. 4JTG D60-2004，公路桥涵设计通用 规范 S.北京：人民交通出版社， 2004.
