连续梁拱组合体系桥梁稳定性分析

郭子亨

摘 要：随着我国在道路建设方面也取得了较大的成就。连续梁拱组合体系桥梁方向的发展也取得了较大的突破。梁拱组合体系的桥梁具有着受力复杂，稳定性分析困难的特点。因此，对连续梁拱组合体系桥梁进行稳定性分析是一项重要的工作内容。本文充分采用空间有限元程序对拱肋的横向弹性稳定性进行了分析。同时也了解了拱肋，风撑以及吊杆等因素对整个桥梁稳定性的影响程度。所得数据和分析结果可为连续梁拱组合体系桥梁的建设提供一定的指导。

关键词：连续梁拱组合体系桥梁;稳定性分析

桥梁结构发生失稳，根据表现形式的不同可以分为两类，分别是桥梁整体结构出现失去稳定性的现象以及部分结构出现失去稳定性的现象。桥梁部分结构失去稳定性的主要表现就是局部分解结构稳定性下降和部分其他构件稳定性下降。局部结构的稳定性下降将直接影响桥梁的可靠性。目前大多数施工方案和施工要求，都会要求桥梁在各方向都要保持平稳，就是桥梁在各种作用力的影响下，都要表现出稳定的状态，稳定性分析工作的开展必不可少。

1 连续梁拱组合体系主要构成和特性

吊杆，横梁，桥面系，拱肋以及系梁等是目前连续梁拱组合体系的主要组成部件。各个局部组件相互依附，相互支撑，共同承压。是一种具备结构的合理性，外观的美观性以及体系的新颖性的桥梁体系。主要进行负载承担的组件是桥梁拱肋，负责预应力束负载拱端推力的组件是桥梁系梁。而钓竿以及桥面结构则负责桥面的承压。其中桥梁拱肋是最重要的承压构件，桥梁拱肋的稳定性是决定整个连续梁拱组合体系桥梁的重要因素。近年来，各种各样的新材料新技术在桥梁建设行业得以广泛应用，大大增加了拱肋的长细比。部分地区为了减少行车时的压抑感，在桥梁设计方面特意采用了无风撑或者是减少风撑的设计，这就要求拱肋必须具有更改的稳定性和可靠性。

2 连续梁拱组合体系桥梁的受力特点

连续梁拱组合体系桥梁是由承重构件，活载分布构件以及力学传递构件三大构件构成，是较为经典的三元结构。桥梁整体结构具有着稳定性高，使用年限长的优良特点。在这三大构件之中，桥梁拱肋和系梁是承重构件的主要组件;桥梁系梁，横梁以及桥面是活载分布构件的主要组件;吊杆与立柱则是力学传递构件的主要组件。其中，系梁不仅仅是活载分布构件的主要组件，同时也是称重构件的重要组成部分。在受力上，该组件所受到的力量是多重的。以上便是连续梁拱组合体系桥梁的主要承载体系。

建成后的连续梁拱组合体系桥梁的外部支撑与连续梁具有较高的相似度，其支座处产生的作用力只有竖向反力，从这一点我们可以清楚的判断出连续梁的受力特点。因此，连续梁拱组合体系桥梁的受力特点如下。从桥梁内部的构造进行分析，拱和梁之间荷载的压力会转化成平衡它们彼此之间的相互作用力。从桥梁的外部进行分析与前者相仿，可凭借构造的特点将荷载力转变为另一种形式的作用效应。因此，拱的推力以及梁的轴向拉力彼此之间相互作用，拱与梁截面的总弯矩可以转变为拱受压，梁受拉的受力表现。最大程度上提高桥梁的稳定性。

下承式连续梁拱组合体系桥梁的拱加强了桥梁的中跨，这令内力可以进行重新分布，将荷载的压力自拱传达至固定的支点，中跨与边跨内力的彼此间造成的影响大大削弱，最大程度上降低了边跨出现负反力。

中承式连续梁拱组合体系桥梁与连续梁的受力特点适应度较高，其弯矩相对较大的跨中和中支点位置的拱梁相对距离增大。整个桥梁结构可以达到拱受压，梁受拉的最佳受力状态。

上承式连续梁拱组合体系桥梁强化了中支点段，有效的吸引了内力。拱的压力以及梁的拉力抵消了负弯矩，压力的竖向分力也提供了较高的抗剪力。

3 拱桥结构稳定性分析的主要方法和计算结果

有限元，线性屈曲以及非线性稳定性计算是目前桥梁建设行业使用较为广泛的稳定性计算方法。通过分析空间梁单元的应变能力，并结合利用极值条件，可以推算出空间梁单元的刚度。

下承式梁拱组合式桥梁，采用66.5m+142m+66.5m预应力混凝土连续槽型梁与中跨钢管混凝土加劲拱组合结构，共轴线采用二次抛物线，中跨跨度142m，矢高28.4m，矢跨比1/5;钢管外径1.0m，拱肋全高3.0m，拱脚处的宽度加长到1.0m，腹腔的实际宽度约为0.6m，对上下钢管及腹腔进行补偿收缩混凝土的灌注，吊杆纵向间距6.0m，两榀拱肋中心距约为13.5m，中跨的吊杆数量确认为19对，根据计算，整座桥梁共设置四道K形风撑，三道一字形风撑，梁体采用变高度槽型箱梁截面，，槽形截面内侧净宽11.0m，边箱顶宽3.4m，全截面顶宽17.8m，底宽16.0m。

桥梁稳定性的计算采用空间结构模型，对桥梁拱肋的弹性稳定系数进行分析和计算。拱肋，纵梁，风撑以及横梁都是空间梁单元，不加入桥面板刚度的计算。吊竿则视为没有抗弯刚度的简单拉伸构件。

4 结果分析

根据计算结果可以发现，桥梁拱肋的侧向刚度比竖向刚度要低，这种情况下桥梁整体结构稳定性下降的主要类型就是面外失稳。其主要表现为桥梁拱肋的跨中位置发生侧面不平鼓出的现象。

横梁，横向连接系，系梁以及拱肋等主要部件的稳定性和刚度是影响桥梁整体稳定性的主要因素。

桥梁侧向刚度的改变和风撑的设置形式会影响到整个桥梁的稳定性和可靠性。其中X形風撑与K形风撑对桥梁的稳定性具有较大的保障作用，同时提高侧向刚度也可以有效增加桥梁的稳定性。

桥梁的桥面相较于拱肋可被认作为完全刚性。如果拱肋出现了侧向移动的现象时，则极容易导致桥梁吊杆出现倾斜。如果将吊竿设为最为简单的拉伸构件，那么吊杆的水平分力将可以与拱肋进行巩固配合，极大程度上提高了桥梁整体的稳定性和可靠性，这种现象就是非保向力现象。

端横梁的主要功能就是它可以对拱圈进行横向嵌固，组成端横梁的材料具有较高的线性刚度，侧向稳定性也会因此而提高。由于整个桥面系具有较强的刚度，此时再对系梁以及横梁的刚度进行加强，则极容易产生弯矩现象。大大降低了桥梁结构整体的稳定性和可靠性。根据计算可以发现，系梁竖向刚度对桥梁的稳定性造成的影响要小于侧向刚度。中横梁的侧向刚度对桥梁稳定性造成的影响要略小于竖向刚度造成的影响。桥梁拱肋的侧向刚度对桥梁的稳定性具有一定的积极作用，拱肋的侧向刚度越高，桥梁的稳定性也就越高。此外，桥梁拱肋的扭转惯性距的增大也会进一步提高桥梁的稳定性。

根据上述分析，可以得出以下结论：

连续梁拱组合体系桥梁失稳的主要表现为面外侧倾失稳。稳定性下降的主要模式是对称的半波，受风撑等因素的影响会发生改变。

非保向力作用能够使连续连拱组合体系桥梁侧向稳定性得到较大的提高。桥面的横向刚度是影响非保向力作用发挥的重要影响因素。

对桥梁稳定性具有较高影响的组件是风撑，拱肋横梁等组件的尺寸大小。其中风撑的刚度以及设置形式对稳定性造成的影响更大。如果在不设置风撑的情况下，对桥梁稳定性具有较大影响的因素就是吊杆和拱肋的侧向刚度。

横梁是保障桥梁稳定性的重要组成部件，如果桥面的刚度足够大，那么横梁的刚度对侧向稳定性造成的影响就会明显削弱。

5 结语

桥梁建设是道路建设工程中较为重要的组成部分，桥梁的稳定性对过往车辆以行人的生命安全有着极为重大的影响。对桥梁进行稳定性分析，根据分析数据进行专项施工，加强桥梁的稳定性可以最大程度上确保过往车辆以及行人的生命安全。同时也为桥梁的建设工程提供科学的数据指导和经验积累，为我国的社会主义现代化建设添砖加瓦，积极推动我国基础建设能力的提高和发展。

参考文献：

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[2]赵亮.城际铁路大跨度连续梁拱组合桥设计[J].铁道标准设计，2013，（11）：45-50.