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摘要：桥梁的设计对于社会的交通和人民的出行有很大的影响和作用，为了能够研究出半中承式系杆拱桥设计情况，本文以延邓家窑跨河桥进行了分析，从该桥的主要设计技术指标入手，进一步分析了该桥梁的结构构造，并采取多种分析方法对其的承重能力和抗压能力进行了分析，希望能够起到实际的作用。
关键词：半中承式；系杆拱桥；桥梁荷载；设计与分析
桥梁的承重能力和抗震能力是桥梁能否有效工作的必要条件，所以为了研究出半中承式系杆拱桥设计特点，本文从延邓家窑跨河桥的桥梁概况出发，进而对该桥的结构构造进行了分析，然后采取相关措施对桥梁的荷载和整体的结构静力进行了计算，然后对偶然组合与基本组合内力受力进行了计算，最后对其计算结构进行了分析，希望能够对桥梁的建设和研究有所启发。
一、桥梁概况
针对研究半中承式拱桥，本文以朝阳北路东延邓家窑跨河桥为例进行了研究，东延邓家窑跨河桥与河道正交，桥梁构成为主桥和南北引桥，总长306 m，全宽为40米。在桥梁的设计过程中，采用的是中承式单跨提篮拱桥形式，在推力结构方面，主要采用的推力系杆拱结构（如图1所示）。在其中的主桥面的方向上一共设置有两片拱肋，其中的拱肋的计算跨度为158米，所使用的是混凝土箱型断面。这座东延邓家窑跨河桥宽慰2.5米，高度约为三到五米。向内倾斜角度为十度。在桥梁建设过程中主要采用C60混凝土现场浇筑。在桥梁的设计过程中，对于拱轴线设计使用1.55米的悬链线。在桥梁的主拱圈上进行设置为相应数量的吊杆，在此桥的设计中应该设置为二十根吊杆，保证吊杆的距离为六米。在桥梁的桥面的设计过程中，主要采用工字形钢纵梁和混凝土桥面板的叠合梁形式，其中将纵向的距离设置为136米。而且在桥梁之上设置有五根支撑点[1]，桥梁使用相应数量的系杆索，在桥梁两侧一共设立有十六根的系杆索，两侧分别设立有八根。锚固在飞燕端部。南北桥共同使用预应力混凝土T梁，其中南引桥的距离为27.5米＋25米，北桥的距离为27.5 m＋3×30 m。
二、主要设计技术指标
作为研究对象，朝阳北路东延邓家窑跨河桥作为城市主干路；它的机动车道荷载标准城-A 级；且在桥梁之上的人行道及非机动车道荷载为3.8kN/m2；此桥梁的宽度有两个方面，全款为四十米；桥梁的设定地震动峰值加速度为0.2 g。
三、结构分析
（一）结构分析模型及荷载
针对桥梁结构计算，采用midas2006有限元分析软件来进行技术，第一步是对桥梁进行空间建模，然后设立相关的中吊杆、系杆模型方式，对于桥梁模型中的其他部分采用空间梁单元模拟方式。这有助于对桥梁结构模型进行简单化的分析和处理。其中，所建立的桥梁空间计算模型参见图2。
在对桥梁的空间计算时，将桥梁的结构自重和桥梁使用过程中人群和汽车的质量考虑进去，并将自然因素像温度和天气等不可控制因素及地震偶然荷载等因素都考虑进去[2]，所得的部分荷载取值如表1 所示。
（二）结构整体静力计算
从中承式拱桥的受力特点出发，在对邓家窑桥中承式拱桥的整体静力的基础上，能够很清晰的看出此桥的拱肋、飞燕和V型墩及桥梁系梁的受力情况。在具体的对静力的计算过程中要能够考虑到实际的施工步序，邓家窑跨河桥采用的是先梁后拱的施工顺序。具体的施工工序主要如图3所示。
在对桥梁的进行分别进行计算承重的情况下，可以得出桥梁色承载能力极限状态下的受力，具体详见图4，通过图4之中的数据和信息能够看出两个拱肋所承受的压力比较大，而且与系梁的弯矩比较大，弯矩比较大就会造成桥梁的飞燕同时在承受较大的弯矩力，所以桥梁的实际的设计过程中，要能够对拱肋在系梁至拱脚区段的截面尺寸进行增大处理，对于其中的飞燕部分也要进行详尽的处理[3]。针对桥梁在静力状态下的结构计算的部分计算结果见表2。
（三）结构整体稳定计算
针对桥梁结构的稳定性能计算方面，主要利用midas2006有限元分析软件中的屈曲分析方式对桥梁结构的稳定性能进行分析，而且对于其中的桥梁的静力结构的计算中要将桥梁的汽车荷载和人群荷载的因素考虑在其中，要能够了解和掌握相关的施力点的位置。图5中列出了结构的一阶振型，拱肋面的形式为外弯曲形式，一阶振型对应的自振周期为2.7s一次，自振频率为0.37Hz。
对于桥梁的结构稳定性的分析，在通过屈曲分析方式的基础上，将桥梁的静力结构状态下的人为荷载和汽车荷载考虑之中，同时要进一步采用反应谱方法对桥梁在地震状态下的数据进行分析，其中对于桥梁的纵向结构和横向结构下所产生的数据要进一步的分析和计算，在桥梁模型方面，通过设置地震烈度为8度，设置地震动峰值加速度为0.2g；而且在桥梁模型中要保持结构重要系数为1.7，综合影响系数为0.35，桥梁模型所处在的场地为Ⅲ类场地。将桥梁的地震荷载设置为与结构恒载组合的方式，进而将结构恒载与承载能力基本组合进行比较，具体产生的数据和信息如表3所示。
四、计算分析
通过设置相对的桥梁空间模型，在对所设置的桥梁模型进行桥面的整体结构在静力计算过程中，可以得出拱脚截面所承受的压力要比整个面内和面外弯矩承受的压力小，而拱肋承受的压力明显要比飞燕内力所承受的大，针对这一问题，要能够采取一定的钢筋和水泥来进行建筑弥补，以保证桥梁结构的变形和弯曲符合相关的规范和要求。因为结构一阶振型为拱肋面外弯曲类型，两种形态下存在紧密的联系，要保证一阶模态的平稳稳定具有很大意义，只有这样才能够对桥梁的稳定安全有所保障。通过对桥梁的地震反应谱分析可以看出，地震作用的纵向和横向都对桥梁的稳定安全产生影响，桥梁的结构面内和面外内力都要小于基本组合内力，这种控制方式能够从根本上解决地震荷载的不稳定因素。
结语：通过对桥梁的结构和不同状态下的承重分析，可以看出中承式系杆拱桥在整体的结构形态及作用组合下，桥梁结构的面内、面外内力都要比基本组合内力小，在横向地震作用压力下下，拱顶截面的面外弯矩要比基本组合值大，这种情况能够对我们研究桥梁的不同状态下的承重分析有很好的效果，也能促使施工人员对桥梁的建设采取优化和调整。
参考文献：
[1]尚维波,陈可.中承式钢箱拱肋系杆拱桥的整体稳定研究[J].公路交通科技(应用技术版),2012,07:199-202+207.
[2]柳建设,李峰,戚冬艳,王军.半中承式系杆拱桥设计与分析[J].城市道桥与防洪,2012,09:73-76+329.
[3]丁毅.下承式钢筋混凝土系杆拱桥的设计难点分析[J].山东交通科技,2012,06:34-35.
论文作者:王玮
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/1/18
标签：桥梁论文; 结构论文; 荷载论文; 拱桥论文; 静力论文; 组合论文; 弯矩论文; 《基层建设》2016年30期论文;