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斜系杆拱桥内力分析(2)

2013-09-09 01:04 　三、恒载内力特性 　　采用空间杆系有限元计算程序，对不同斜度α时进行结构计算，通过整理分析，归纳出斜系杆拱桥各类构件的恒载内力的主要特性。 　　l.拱肋 　　（1）一片拱架的拱肋轴压力在恒载作用下由斜度而呈现出不对称性。对某一截面而言，其轴压力随斜度α增大而增大。且增值Δ越来越大，桥面钝角侧半供轴力比桥面锐角侧相应轴力要略小，最大轴压力均发生在左、右两拱脚截面。 　　（2）拱肋竖平面内截面弯矩随α变大而变大，且增值也增大，左、右半拱对应截面弯矩除α=0度外呈不对称性，最大弯矩值发生在锐角侧拱脚截面。 　　（3）拱肋上有侧向弯矩，钝角侧半拱要大于锐角侧半拱对应位置处的值。最大值发生在拱脚截面，相对于面内弯矩而言是较大的，甚至超过其量值，在设计中应高度重视。 　　（4）其他内力项基本上也有类似的情况，但数值均较小，影响不大。 　　（5）当斜度 a＞0度时，在恒载作用下，各项内力已不同于0度时的对称分布状态，在两片拱架的拱肋中呈现对角对称现象。
　　2.系杆 　　（1）系杆在对称截面上各项内力除α=0度外呈现出不对称性，两片拱架的系杆内力呈对角对称现象。 　　（2）系杆轴向拉力在各截面上随斜度α增大而增大，最大增加14.4％，且增长幅度也逐渐加大，钝角侧半跨拉力比锐角侧要小一些。 　　（3）系杆面内弯矩当α=0度时，最大弯矩值在1/2L处；当α逐渐增大时，从钝角侧系杆0及3/4L处的弯矩值也相应增大，而1/4L，1/2LL处弯矩则逐渐减小。在0处弯矩最大增长65％，L处最大减小9.9％，而1/2L处则减小9.6％。
　　（4）系杆侧向弯短随斜率。增大而增大，最大值发生在系杆两端截面，钝角测系杆端部测向弯矩增长速度略快，其量值几乎达到系杆面内弯矩最大值的一半，值得重视。 　　（5）系杆扭矩也随α增大而增大，钝角侧半跨比锐角侧半跨增长速度快，故其扭矩值比锐角侧半跨相应截面的要大，最大扭矩值发生在钝角侧系杆端部截面。 　　3.吊杆 　　（l）除α=0度外，吊杆拉力呈不对称性，但差值不大。 　　（2）同一吊杆拉力随斜度α增大而增大，且增长幅度略有变大的趋势，拉力最大增加18%. 　　（3）吊杆拉力最小值发生在两侧边吊杆上，最大值一般发生在从桥面锐角侧的1/4L处吊杆上，其余吊杆拉力在同一α值时相差不大。 　　4.横梁 　　（1）在α=0度时，每道横梁两端及对称位置处横梁内力是对称的，并且无扭矩；跨中横梁的梁端负弯矩值最小，使得跨中横梁的跨中正弯矩最大，在端横梁的梁端产生最大的正弯矩。 　　（2）当α＞0度时，所有对称位置横梁两端内力呈对角对称分布。 　　（3）梁端竖剪力随斜度α增大而增大，最大增加29.5%. 　　（4）内横梁梁端负弯矩随α增大而增大，但最小值仍然发生在跨中横梁上。端横梁桥面钝角侧梁端弯矩从α=0度时的正弯矩随α增大而逐渐变为负弯矩，且绝对值在逐渐增大。 　　（5）当α＞0度时有α=0度时所没有的横梁扭矩，在每道横梁的两端及对称位置横梁扭矩是对称布置的。当α增大时，相应的扭矩也变大，但幅度不是很大；在某斜度时，各横梁扭矩除端横梁上略小外，其余横梁上扭矩相差不大，当α＝45度时，横梁扭矩值与横梁端最大弯矩值相差不多，有的位置甚至还大，应予重视。 　　5.风撑 　　根据各个斜度时求得的三根风撑内力可知，基本上只有轴力作用，其他内力很小，轴向力随α变大而略有增大，对拱肋侧向弯矩大小有显著影响，相当于在拱肋上施加了一横向集中力，而对结构其他恒载内力影响不大。 　　6.支座反力 　　（l）一根系杆桥面钝角及锐角侧支座反力均随斜度α增大而增大，当α＝0度～45度时，各自增大16.9％及 11.0％。 　　（2）在某斜度时，钝角侧支座反力比锐角侧要大一些，其增值随α增大而增大。 　　四、结束语 　　目前，40m跨径以内已有较多斜交结构形式，而在40m以上跨径，斜交结构做得较少，一般皆布置成对正交结构，同时可选的斜交结构形式也较少。但随着桥梁建设的发展及系杆拱桥更多的应用与建造，中等跨径斜系杯拱桥也有必要去研究和探讨，丰富桥梁结构形式，以适应实际需要，在特殊情况时，可为中等跨径斜交桥梁提供一种可选形式。 　　本文仅对斜系杆拱桥提出了一些设计思考及对恒载内力特性作了初步的分析探讨，斜系杯拱桥还有许多其他问题需要去作更多的研究分析，像景观问题、空间稳定性、构造及施工要求、实用性和经济性以及活载内力等。目前正在对某地一座斜系杆拱桥进行这些分析研究和绘制施工图纸，尔后进行桥梁施工。