大跨徑拱橋異性截面拱肋拱頂局部段力學行為分析

鄧志明

(湖南省高速公路集團有限公司, 湖南 長沙 410026)

0 引言

大跨徑拱橋普遍采用鋼結構，截面形式一般為圓管或薄壁箱室截面，薄壁桿件力學分析是一個復雜的空間受力問題[1-2]。當受偏心荷載作用時，截面在彎矩、剪力及扭矩的復合作用下，局部應力分布復雜。對于少設或不設橫隔板的薄壁箱梁截面，局部應力的影響不容忽略[3]。本文以某大跨徑異性拱為研究對象，建立梁-殼混合有限元模型，對拱頂局部區域進行受力分析。研究成果可為薄壁箱梁截面力學行為研究提供借鑒。

1 工程概況

某分肋中承式鋼箱拱橋，橋跨組合為(100+450+100)m，橋面寬45.8 m，邊中跨拱肋在同一傾斜平面內，橫向傾斜度為1∶5。橫向兩拱肋之間通過一字型橫撐形成整體，邊跨加勁梁在中跨和邊跨的拱梁交匯處固結。邊跨端橫梁之間布置水平拉索以平衡中跨拱肋的水平推力。拱肋分為上、下兩肢，邊跨下肢拱采用二次拋物線，凈矢高為4.5 m；主跨下肢拱采用懸鏈線，矢跨比1/5，拱軸系數為1.6；上肢拱采用兩端圓曲線和中間二次拋物線組合，中間二次拋物線部分矢跨比為1/11.5，拱肋材料為Q345鋼材，箱梁中采用橫向加勁肋提高其橫向剛度，截面采用薄壁箱室截面,寬度為3 m。

2 有限元模擬

對于薄壁形式的橋梁結構而言，梁單元難以反映結構的局部實際受力情況，實體單元建模單元數量多，占用計算資源大[4]。為了建立一個既反映整個大橋受力特征，又能體現橋梁結構局部詳細受力狀況的模型，本研究采用混合有限元技術，即在整體桿系有限元模型中內嵌一段板殼模型，兩部分之間通過建立變形協調方程滿足平截面假定。……