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矢跨比拱辅梁桥拱肋合理矢跨比的确定

2022/07/15204 作者:佚名
导读:拱肋矢跨比对拱辅梁桥的力学特性影响大,为寻求其合理范围,以梁拱相同刚度比而不同矢跨比为条件,从自振模态和多遇及罕遇地震作用下结构动力响应角度,结合工程实例,运用时程分析法及多自由度体系简化的滞回曲线,矢跨比变化对全桥变位及内力影响的规律,并提出相应的合理设计范围. 拱肋矢跨比主要影响横桥向、竖向位移及内力,且矢跨比为 1 /5 时桥梁抗震性能最优; 对于多自由度体系变位组合中的主要成分得出的简化滞

拱肋矢跨比对拱辅梁桥的力学特性影响大,为寻求其合理范围,以梁拱相同刚度比而不同矢跨比为条件,从自振模态和多遇及罕遇地震作用下结构动力响应角度,结合工程实例,运用时程分析法及多自由度体系简化的滞回曲线,矢跨比变化对全桥变位及内力影响的规律,并提出相应的合理设计范围. 拱肋矢跨比主要影响横桥向、竖向位移及内力,且矢跨比为 1 /5 时桥梁抗震性能最优; 对于多自由度体系变位组合中的主要成分得出的简化滞回曲线,由其定性分析得出的结论能与一般时程分析得出的结论一致.

矢跨比问题的提出

拱辅梁桥为由梁、拱肋及吊杆组成的以梁受力为主、拱受力为辅的梁桥体系,在结构形式上属于梁、拱组合体系. 从主拱圈材料角度依钢管混凝土拱桥规范判断为钢管混凝土结构( CFSTS) ; 从结构受力贡献大小判断为以钢筋混凝土梁受力为主、拱肋受力为辅的梁桥.

下承式拱辅梁桥,按基本结构形式可分为: ①拱辅简支梁桥; ② 拱辅连续梁桥; ③ 拱辅刚架桥;④ 其他组合形式的拱辅梁桥,如由索塔、斜拉索、吊杆、拱肋与主梁的组合形似,故此种结构体系属于外部超静定、内部超静定结构。

作为梁拱组合体系的分支,拱辅梁桥越来越在公路与铁路上的应用也逐渐增多, 列举了其中具有代表性的实例. 关于拱肋矢跨比的最优取值范围,更多偏重于从静力特性、施工及经济性要求去分析,而从动力特性面研究的资料尚少.以拱辅梁桥为例,从动、力特性角度探讨不同矢跨比的最优值.

对于一座拱辅梁桥,拱肋矢跨比最合理值究竟如何,可能很难清楚地选择,特别是铁路拱辅梁桥. 因为与公路桥梁设计规范相比,铁路桥梁设计规范对铁路桥梁还有横桥向刚度的要求,在规范及国内外相关资料的取值范围内,选取 5 种不同矢跨比 1 /3、1 /4、1 /5、1 /6 及1 /7,进一步研究结构三向力学特性的变化规律。

矢跨比拱辅梁桥的地震响应

拱辅梁桥在三向地震作用下,梁、拱单元可简化为两弹簧质点. 一般先按单向水平地震作用计算出各自方向的地震响应,然后将三向上各自地震响应组合成空间地震响应,其中多自由度体系( MDOF) 地震反应的基本理论计算按振型分解法求解,其基本思想是将多自由度体系的地震振型转化为单自由度体系地震反应问题。

1) 通过拱肋变位推导公式可知,影响拱肋变位的因素包括拱肋截面所受弯矩剪力和矢跨比.

2) 通过自振频率分析发现拱肋横向力学性能决定组合结构动力性能,且矢跨比越小桥梁整体刚度越好,通过地震作用下位移及内力分析发现矢跨比越小其位移及内力越大.

3) 拱肋矢跨比主要影响横桥向、竖向位移及内力,合理的矢跨比可使得横桥向和竖向梁拱的力学性能达到最优. 综合考虑,矢跨比为 1 /5 时桥梁抗震性能最优, “矢跨比取到 1 /5 左右时较为恰当的,这也是实际拱桥设计中常采用的矢跨比取值”.从结构极限承载力、稳定性或用钢量及动力特性角度研究不同结构的合理矢跨比,不难发现,虽然结构形式不同,但结构的合理矢跨比却展现出比较稳定的范围,认为矢跨比在 f /l = 1 /5 左右附近合理.

4) 简化滞回曲线也可用于结构动力研究方案之间的优化设计,这种处理方法可大大提高寻求优化方案的有效性.

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