異性截面鋼拱橋整體-局部穩定性研究

張志程, 徐 韜, 王家豪

(湖南省交通科學研究院有限公司, 湖南 長沙 410015)

0 引言

傳統拱橋一般為鋼筋混凝土結構，隨著我國橋梁建設技術發展，鋼結構在拱橋建設中逐漸普及，鋼結構的應用可有效增大拱橋的跨越能力，但鋼結構的穩定性問題值得我們關注，特別是薄壁鋼箱梁截面的鋼拱橋[1-2]。以某大跨徑異形截面鋼拱橋為工程背景，建立該橋混合有限元模型，分析其線彈性階段整體及局部穩定性，并與梁單元模型進行對比。研究成果可為異性截面拱橋動力分析提供參考。

1 工程概況

某大跨徑鋼結構拱橋，結構形式為中承式異性截面箱型拱，主橋跨徑布置為(100+450+100)m，設計荷載為城-A級。邊中跨拱肋位于同一平面內，傾斜度為0.2，主梁采用閉口薄壁箱梁截面，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。全橋共有吊桿38對，沿橋梁中軸線對稱布置，地下結構為群樁基礎。橋型布置見圖1。

圖1 橋型立面布置圖(單位：mm)

2 有限元模型建立

對于薄壁形式的橋梁結構，全部使用梁單元很難精確反映結構的橫向受力狀態，而全部使用實體單元或者板殼單元則模型過于龐大，故本文擬采用混合單元法分析其線彈性穩定性[3]。混合有限元模型可有效避免局部分析中邊界條件施加困難問題，是一種占用計算資源少、計算方便的有限元技術手段。

建立該橋梁-桿-殼混合有限元模型，其中拱肋采用Beam188梁單元建模……