特大跨度混凝土拱桥合理拱轴线形研究

【摘要】：大跨度拱桥拱轴线通常采用悬链线或抛物线，圆弧拱轴线一般只适用于中小跨径的实腹式拱桥中，极少将圆弧拱轴线应用到大跨度拱桥中。然而，圆弧拱轴线具有曲率一致、施工方便的优点，因此，开展特大跨度混凝土拱桥合理拱轴线形研究，具有十分重要的意义。 1)简要介绍了拱桥中常用的几种拱轴线方程和合理拱轴系数的确定方法。基于合理拱轴线概念，推导圆弧拱轴线方程。 2)根据优化理论和ANSYS的零阶和一阶优化方法，利用APDL语言编制了基于主拱圈弯曲应变能最小和压力线与拱轴线偏离最小两个计算程序，以木蓬特大桥为例进行分析对比。 3)基于优化方法得到的拱轴线，通过三点重合法拟合圆弧拱轴线，通过对主跨180m的海马大桥自重、活载和附加内力的计算及承载力验算。结果表明，用圆弧拱轴线得到的内力与优化之后悬链拱轴线的内力差异不大。对于圆弧线在合理的拱上建筑布置下也是可以成为大跨度拱桥的合理线形进行了理论的推导，并且建立了一个简单的圆弧拱模型来对所推导公式进行了验证。 4)将文中提出的拟合圆弧拱轴线方法应用到一座主跨400m的钢桁拱桥和一座计算跨径为336m的钢管混凝土拱桥中，分析对比了其受力。对文中的两个实例进行了拱轴系数的优化，计算结果表明，用两种拱轴线得到的轴向力差异很小，虽然弦杆弯矩有增有减，但因弯矩绝对值本身较小，能够满足承载力要求。