ｌ工程建设与设计 ｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ 脱空对钢管混凝土拱桥的影响分析 Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ－Ｆｉｌｌｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ Ａｒｃｈ Ｂｒｉｄｇｅ 李欣欣 （中交远洲交通科技集团有限公司，石家庄０５００５１） ＬＩＸｉｎ－ｘｉｎ ＯｎＹｕａｎｚｈｏｕＴｒａｆｉｆｃＴａｃｈｎｏｌｏｇｙＧｒｏｕｐＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００５１，Ｃｈｉｎａ） 【摘 要】为了保持钢管混凝土复合材料的优越性，钢管和混凝土之间就需要紧密接触，但目前国内的钢管混凝土拱桥都出现了不 同程度的脱空现象，严重影响了拱桥运营阶段的承载能力及稳定性。文章采用有限元分析方法对脱空状态下的钢管混凝土拱桥以 及影响脱空的各种因素做具体分析，指出了脱空对拱桥线形、稳定性及动力特性的影响，为解决钢管混凝土脱空问题以及改善拱桥 受力Ｊｌ生能提供参考。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆｃｏｎｅｒｅｔｅ ｉｆｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ａｎｄ ｔｕｂｅ ｃｏｒｅ ｔＯｒｔｃｒｅｅｔ ｏｆｔｈｅ ｃｌｏｓｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｅｅｌａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｉｎｔａｉｎｔｈｉｓ ｓｕｐ￣ｏｒｉｔｙ，ｙｏｕｎｅｅｄｔｏｂｅｉｎｃｌｏｓｅｃｏｎｔａｃ￣ｂｕｔｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃＣＦＳＴａｒｃｈｂｒｉｄｇｅｓ ｈａｖｅ ｓｕｆｆｅｒｅｄｄｉｆｅｒｅｎｔｖｏｉｄｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｔｈｅｄｅｇｒｅｅ，ｗｈｉｃｈ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙａｆｆｅｃｔｔｈｅ ｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅａｒｃｈｂｒｉｄｇｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐｈａｓｅ，ｗｅｕｓｅｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｐｅｃｉｆｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆ ｈｅｖｏｉｔｄｓｔａｔｅｏｆＣＦＳＴ ａｒｃｈｂｒｉｄｇｅａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔｉｍｐａｃｔｖｏｉｄ，ｔｏ ｓｏｌｖｅｔｈｅｓｔｅｅｌｐｉ￣＇ｅｃｏｎｃｒｅｔｅ ｖｏｉｄｐｒｏｂｌｍｓａｅｎｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｈｅ ｉｌｌｆｄｐｅｒｆｅｏｒｍａｎｃｅｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｒｅｎｃｅ．ｅ 【关键词】钢管混凝；拱桥；脱空；稳定性 【Ｋｅｙｗｏｌ＇ｄｓ］ｃｏｎｃｅｒｔｅ－ｉｆｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅ；ａｒｃｈｂｒｉｄｇｅ；ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｓｔａｂｉｌｉｙｔ 【中图分类号】ＴＵ２７９．７ 【文献标志码】Ａ 【文章编号】１００７．９４６７（２０１３）０９．０１０６．０３ １工程概述 高阴大桥桥梁全长１９２．００ｍ，桥跨结构为中承式钢管混 统一理论模拟完全黏结的钢管ｉ 拟完全脱空的钢管混凝土拱桥。 ，采用双单元法模 空间有限元模型见图２。 凝土组合拱桥，主孔拱肋计算跨径为１２９．５ｍ，计算矢高为 ３７ｍ。桥面以上部分采用钢管混凝土空间四肢式桁架结构，拱 肋宽１．５５ｍ，跨中拱肋高２．５ｍ，肋间中距１ｌｍ（见图１）。 ２空间有限元模型建立 本文通过大型有限元通用程序ＡＮＳＹＳ建立模型，采用 【作者简介】李欣欣（１９８５一），女，河北石家庄人，助理工程师，从事 公路桥梁的研究与设计，（电子信箱）ｚ￣ａｈ＿ｘｘ＠１ ２６．ｃｏｒｎ。 １０６ 图２空间有限元模型 图１高阳大桥立面图 ３脱空对于拱桥线形的影响 标高不仅影响拱桥内力的合 ０２ 理性。 、线 黾否顺畅的重要因素，在 ： ｏ． 施工监控过程中拱肋线形标高监测是监控工作的重要内容，酬 在拱桥运营阶段，如果线形偏移设计线形，改变拱肋内力分 ｌ量 布，拱肋极易产生脱空现象，同时，脱空会减弱钢管和混凝土 之间的相互作用，减小拱肋刚度，使得拱肋线形发生变化【Ｉ】。本 文通过计算成桥瞳妻战＋风载＋车道荷载满跨偏载作用下脱空和 黏结两种状态的拱桥的线形变化，得出在跨中位置的上、下弦 崮 ．∞ 跨径／ｉｎ 图４下弦管脱空状态下位移 ４脱空对于拱桥稳定性及动力特性的影响 脱空使受力性能降低的原因主要包括两个方面：（１）脱空 使钢管混凝土拱桥在受到直接或间接荷载作用时钢管与核心 宅翱 ．下的位 牡黏结状态下的位移多出约２．５ｃｍ，增长 率为４２％，其余拱肋各节点处位移如图３和图４所示。计 算结果说明，脱空对于拱肋的面内刚度影响较大。 混凝土之间产生轴向相对滑移；（２）脱空产生的间隙使“套箍作 用”不能有效发挥嘲。在钢管混凝土黏结良好的情况下，钢管与 混凝土轴向、径向、转角位移均协调，钢管与混凝土共同工作。 脱空出现之后，只有径向位移协调，此时钢管与混凝土类似于 两个平行的杆件工作，钢管与混凝土之间的内力、应力分 配均发生了变化。本文研究在成桥恒载＋风载＋车道荷 载满跨偏载的作用下脱空对拱桥稳定性的影响，即将脱 。 跨径／ｍ４００ ’ 空和黏结两种状态下拱桥的稳定安全系数和失稳模态进行比 较。 １０７ 图３上弦管脱空状态下位移 』工程建设与设计 丽 萌 表１脱空对拱桥稳定性的影响 阶数 脱空 黏结 自振频率、振型。研究分析了钢管混凝土拱桥的含刚率、脱空 率、桁高等影响脱空的参数，经过分析比较，结果表明： １）脱空会降低拱桥的刚度，使得在相同的荷载作用 下，脱空状态下拱桥位移比黏结状态下的位移要大，增长 率为４２％，脱空没有改变拱桥的失稳模态，但降低了拱桥 的稳定安全系数。脱空对于拱梁横向一阶弯曲没有影响， 稳定安全系数 失稳模态描述 稳定安全系数 失稳模态描述 由表Ｉ可知：即使在脱空状态下，钢管混凝土拱桥的前五 但会降低了拱肋横向、竖向、扭转—阶弯曲的自振频率。 ２）随着脱空高度的增加，拱肋位移和结构稳定安全系数 开始下降，但其下降幅度不大。脱空高度的大小对于拱桥的自 振特『生几乎没有影响。 ３）通过计算不同桁高对于脱空和黏结状态下结构挠度、 稳定性和自振特性的影响，桁高对于结构稳定性的影响不大， 桁高从１．Ｓｍ变化至３．５ｍ时，在脱空和黏结状态下拱桥一阶 阶失稳模态也皆为面外失稳，且其稳定安全系数较完全黏结 状态下拱桥下降２７％，脱空问题对拱桥的面外刚度影响较大。 由表２可知，脱空与否对于拱梁横向频率没有影响。脱空状态 下拱桥的拱肋横弯、竖弯、扭转一阶频率都要小于黏结状态， 但差值不大。 表２脱空对拱桥自振特－陛的影响 稳定安全系数都仅增加１０％。脱空状态下拱桥的拱肋横弯、竖 弯、扭转一阶频率都要小于黏结状态，但差值较小，且桁高从 １．５ｍ变化到３．５ｍ，这些差值基本没有变化。ｄ 【参考文献】 ５结语 本文根据拱肋脱空和黏结两种不同状态建立不同的 【ｌ】金伟电大跨度拱桥的横向稳定性研究［Ｄ】．大连：大连理工大 学，１９８８． Ａｎｓｙｓ空间有限元模型，并对这些模型进行静力、稳定性和动 力特性分析，从而得到相应的拱肋位移、结构稳定安全系数及 （Ｉ－接第１０５页） 【２】谢幼藩，陈克济．拱桥面内稳定陛计算探讨阴．西南交通人学 学报，１９８２（１）：８—９． 【收稿日期］２０１３．０４．２２ 线设计、曲线设计和超高渐变段设计讨论了公路路线设计的 通过研究调查表明，一般情况下合理的曲线回旋线长度 应该是回旋线、圆曲线和回旋线呈１：ｌ的比例关系。当然，这 并非所有情况，比如在半径较大的一些高速公路设计中，如果 注意点。无论是线路的计算还是设计，国内外都有相应的建议 和标准。然而在实际中，公路路线会受到各方面不同因素的影 响，因而在公路路线的设计中，应综合考虑路线的地形条件、 也按比例，就会使缓和曲线很长，使得超高渐变太缓，不利于 纵面变坡点的设置，影响纵断面拉坡，因此，缓和曲线的长度 取值上一定要根据实际情况做计算和选择。 最后，是超高渐变位置的设冒面 对 埋ｉ高渐变段的设计， 水文地质、自然，公路的平面、纵断面、横断面等等方面，以设 计出安全、环保、舒适美观的公路路线。幽 【参考文献】 【１】乔明，宁建根．价值工程在公路桥梁设计中的应用［ｃ】，／全国城市公 传统的方式是在全缓和段或缓和曲线的某一个固定的位置 （如缓和曲线起点段）设置路线岳 斩变段，这袍与式ｊ 便。然而，如 穗就麻烦了。 路学会．全国城市公路学会第二十一次学术年会论文集．全国城市 公路学会：２Ｏ１２． 单方 设或者后期工程改造中夹带有桥梁工程时 【２】吴志强．关于高速公路路线设计组织协调工作的几点思考【Ｊ】．黑龙 江交通科技，２Ｏｌ３（１）：１４７一ｌ４９． 格按鼎啪瓠受值，并综合考虑未来公路改造可能突发的情况。 ３结语 本文主要阐述了公路工程中路线设计的意义，以及从直 １０８ 【收稿日期１２０１３．０６．０８
