論大跨拱橋拱軸系數m的確定

魏雪輝

摘? ? 要：計算實例為位于湖北宜巴公路上的干溝子大橋，干溝子大橋采用1m～100m上承式空腹拱橋梁，跨越峽谷，主拱采用1.9m高鋼筋砼預制箱拱，本橋的計算關鍵為選取合理拱軸線，合理拱軸線可以有效減小偏心距以及拱肋彎矩，減少拱圈彎矩對大跨度拱橋至關重要，本文論述采用電算程序進行快速確定拱軸系數m。

關鍵詞：箱拱;拱軸系數m;上承式拱橋;懸鏈線拱

1? 工程概況

干溝子大橋采用1m～100m上承式空腹拱橋梁。上部橋面板采用7.5m跨與13m跨的預制空心板梁，蓋梁柱式墩等拱上結構。主拱采用1.9m高鋼筋砼預制箱拱，采用五段拼裝施工方案，橫橋向共6片箱拱。拱腳為大體混凝土基礎，嵌入中風化巖層（P2、P3墩）。橋面寬度B=12m，拱圈凈跨L=100m，凈矢高f=16.6667m，矢跨比f/L=1/6，箱高h=1.9mm，箱總寬b=9.76m，拱腳與拱座剛性連接，形成無鉸拱。

2? 模型建立

采用midas civil2019進行有限元空間桿系結構建模，桿系按實際荷載傳遞模型整橋建立。拱座與主拱圈采用剛性連接，拱圈之間為橫隔板鉸接;主拱圈橫隔板與橫墻剛性連接，橫墻與立柱剛性連接，立柱與系梁、蓋梁剛性連接。

3? 試算拱軸系數m

本橋拱軸線為懸鏈線，拱圈內力取決于拱軸系數m，m按從小到大順序依次試算。懸鏈線按以下公式將拱軸坐標換算成電子表格坐標，分別求出各m值對應的拱軸坐標，并導入CAD后導入civil快速替換拱圈單元，其中因拱軸線變化導致的上部結構荷載變化可忽略不計。

同樣，對m=2.514，m=3.5均做了試算，結果為m越大，彎矩偏離拱軸線越大，故本橋的合理拱軸線為m=1.347。

4? 結論

（1）試算目標為拱軸線與壓力線的五點重合，通過電算，可以直觀查看五點以外的內力情況，要做到拱軸線和壓力線完全吻合是不太可能的，但是可考慮使拱腳至拱跨1/4點附近的一段，壓力線的多數點在拱軸線上面，在拱跨1/4點附近至拱頂的區段內，壓力線的多數點在拱軸線下面，最理想的極限即拱頂正彎矩接近拱腳負彎矩。

（2）本案例試算m值結果得知，隨著m值增加，拱腳彎矩由大變小，拱頂彎矩由小變大，m大于1.988時，彎矩偏離L/4拱軸位置。在m=1.347時，拱頂彎矩與拱腳彎矩比較接近，并且頻遇組合時拱頂彎矩略小，有利于收縮徐變與活載荷載的安全儲備。

參考文獻：

[1] 橋梁設計與計算[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 橋梁設計工程師書冊[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3] midas civi在橋梁結構分析中的應用[M].北京：人民交通出版社，2012.