石拱橋拱腳裂縫形成時的靜力學分析

摘 要：采用空間梁單元對實際的石拱橋拱腳開裂現象進行了有限元模擬分析，隨著開裂深度的變化，主拱圈中的內力進行重新分配。得出了不同開裂深度時主拱圈中的內力分布規律，對實際的各種受力狀態和開裂過程中的內力進行了較精確的數值描述。當拱腳裂紋擴展時，拱腳截面上的彎矩明顯減小，軸力明顯增大，而其它截面上的彎矩增大，軸力也增大。截面上的內力值與開裂深度成非線性關系。這些分析數據對該類橋梁設計、施工和使用過程均具有指導意義。

關鍵詞：石拱橋，拱腳裂縫；靜力學分析

中圖分類號：TU297 文獻標識碼：B 文章編號：1008-0422(2007)05-0095-03

1 前言

拱橋是一種歷史悠久又充滿勃勃生機的橋梁形式。與普通梁式橋形相比，拱橋不僅外形美觀，跨越能力也比較強。拱橋是一種推力結構，在豎向荷載作用下，拱腳有水平推力產生，從而消弱了拱截面的拉應力，因而可以充分利用抗拉性能較差而抗壓性能優越的圬工材料。同時，圬工拱橋的超載潛力大，養護費用小，耐久性能好，橋路連接自然，不可求支撐條件和伸縮裝置，為其他橋型所不及。

在拱橋設計中，往往作為雙鉸拱或無鉸拱設計，但石拱橋由于其材料受力的特殊性，在拱腳可能會出現開裂現象，此時在工程上用平鉸描述或對內力進行折扣處理，實際受力與原設計會產生較大的差異。在國內外，許多橋梁、力學工作者對拱橋建立了有限元模型，進行了靜動力學分析，但都未對拱橋在開裂狀態下的力學性能進行進一步的分析。……