在役石拱橋結(jié)構(gòu)分析理論的探討

常 亮

1 石拱橋的特點(diǎn)及發(fā)展需求

拱橋是一種歷史悠久，又充滿生機(jī)的橋型。與普通梁式橋梁相比，拱橋是一種推力結(jié)構(gòu)，在豎向荷載作用下，拱趾會(huì)產(chǎn)生水平推力，其研究有兩大需求:1)服役石拱橋承載力評(píng)估的需求;2)石拱橋理論研究的需求。

2 石拱橋結(jié)構(gòu)分析理論的研究現(xiàn)狀

在舊橋利用的過程中，為了探明實(shí)腹拱橋承載潛力的所在，以便改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，并為鑒定舊拱橋提供適當(dāng)?shù)睦碚撘罁?jù)，進(jìn)行了一系列的模型試驗(yàn)和實(shí)物試驗(yàn)。

對(duì)于這種拱橋除考慮徑向抗力之外，另引入切向力的作用來考慮拱上結(jié)構(gòu)與拱圈之間的相互作用力，必能更好地反映出這種拱橋的真實(shí)工作情況。

對(duì)于主拱圈的軸力，聯(lián)合作用效果不明顯，基本上無折減，一般不考慮聯(lián)合作用，可按裸拱分析，由于拱上結(jié)構(gòu)參加主拱的聯(lián)合作用，全橋結(jié)構(gòu)剛度提高，溫度變化、材料收縮、墩臺(tái)位移對(duì)主拱圈的影響會(huì)加大，如圖1所示。

巴良柯夫推薦的近似方法計(jì)算如圖2所示，這種近似計(jì)算方法基于以下兩條假設(shè):

1)立墻(立柱)上、下兩端與梁及拱連接處視為鉸接;

2)拱上結(jié)構(gòu)對(duì)多余未知力——彈性中心處的水平推力、豎向剪力及彎矩影響不顯著，尤其對(duì)水平推力及豎向剪力幾乎沒有影響。

在拱橋的使用過程中拱趾不同程度的出現(xiàn)了開裂，拱趾截面進(jìn)入彈塑性狀態(tài)且拱趾截面發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，針對(duì)上述實(shí)際工況，上官興先生提出了平鉸拱理論，計(jì)算圖式見圖3。

3 石拱橋結(jié)構(gòu)分析的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 拱上建筑與主拱圈的聯(lián)合作用

拱橋是多次超靜定的空間結(jié)構(gòu)，當(dāng)拱上建筑為拱式建筑時(shí)，石拱橋的主拱圈和與拱上建筑聯(lián)合受力是明顯的，主拱的彈性變位會(huì)影響到拱上腹拱的內(nèi)力，拱上腹拱則約束著主拱的變位?？紤]與主拱共同工作計(jì)算所得的內(nèi)力與分開計(jì)算的結(jié)果迥然不同，如按分開計(jì)算而采用的構(gòu)造不妥，則拱上建筑可能嚴(yán)重開裂甚至破壞。

3.2 拱趾的內(nèi)力計(jì)算模型

在石拱橋結(jié)構(gòu)分析中，表明按無鉸拱設(shè)計(jì)的石拱橋拱趾開裂后截面發(fā)生應(yīng)力重分布，支承條件不再是固端，隨著開裂程度深入，整個(gè)計(jì)算圖式由無鉸拱向平鉸拱再向二鉸拱轉(zhuǎn)化。說明拱橋的不同工況，結(jié)構(gòu)體系是在發(fā)生變化的，要針對(duì)不同的情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

4 結(jié)語(yǔ)

1)石拱橋的結(jié)構(gòu)分析由平面主拱圈的分析向空間全橋用實(shí)體單元來分析，并考慮拱背填料的影響;

2)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型上發(fā)展了平鉸拱理論，考慮拱上建筑聯(lián)合作用的簡(jiǎn)化分析方法。

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