大跨度上承式钢管混凝土提篮拱桥桥上无缝线路计算分析

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发布时间：2021-09-09

资料介绍

大跨度上承式钢管混凝土提篮拱桥桥上
无缝线路计算分析
魏贤奎，王平
(西南交通大学土木工程学院，成都610031)
摘要：目前铁路建设中出现了多种形式的特殊桥型，它们超
出了我国各种规范和暂规所涵盖的范围。运用梁轨相互作用
基本原理。笔者提出了铁路大跨度上承式钢管混凝土提篮拱桥
桥上无缝线路计算的简化算法。以某新建双线上承式提篮拱
桥为例，运用简化算法建立有限元模型对不同工况下桥上无缝
线路计算分析，分析表明：上承式提篮拱桥桥上无缝线路计算
中，拱圈温度差对钢轨伸缩力有很大的影响，挠曲力的分布规
律和数值较常规桥梁有较大的差别。文章中的计算分析方法
和结果可用于指导铁路特殊桥型桥上无缝线路设计。
关键词：钢管混凝土；提篮拱桥；无缝线路；计算分析
中图分类号：U2l3．9 文献标识码：A
文章编号：1004—2954(2010)ll一0001—03
钢管混凝土拱桥在我国发展已有近20年的历史，
由于它所使用的钢管混凝土组合材料结合了钢材和混
凝土2种不同性质材料的优点，使得结构承载力有了
很大的提高¨ 。拱肋采用提篮形式加大了桥梁结构
横向刚度，提高了结构的稳定性，因而大跨度钢管混凝
土提篮拱桥很有发展前景。然而，目前建成的铁路
大跨度钢管混凝土提篮拱桥很少，实际应用经验很缺
乏，因此有必要对其进行研究。
1 计算模型
研究铁路大跨度提篮拱桥桥上无缝线路纵向受力
的关键在于：合理的计算假定和有限单元的选取、正确
的截面简化以及准确的挠曲力计算求解方法。
1．1 计算假定及单元选取
提篮拱较平行拱的优势在于横向刚度的大幅度提
高，在竖向刚度上相差并不大；对桥上无缝线路纵
向受力起决定性因素是拱圈结构的竖向刚度。基于以
上两点作如下假定：
(1)拱脚与基础连接为全约束，不考虑基础位移；
(2)拱圈建模不考虑横向刚度，只考虑竖向刚度；
(3)拱肋上墩台建模只考虑纵向刚度，即垂直于
线路方向的截面刚度；
(4)拱肋上墩台底端与拱肋的联结视为固结；
收稿日期：2010—05—06
基金项目：国家自然科学基金科学部主任基金(50848015)，2008年铁道
部科学技术司技术研究项目(2008G031-I)
作者简介：魏贤奎(1986一)，男，博士研究生，2009年毕业于西南交通
大学，工学学士，E—mail：kzfr1986@126．com。
铁道标准设计儿WAY STANDARD DESIGN 2010(“ )
· 线路／路基·
(5)梁体建模时刚度取梁截面水平轴刚度；
(6)线路阻力按非线性考虑，计算段墩台刚度取
为线性值；
(7)模型为单轨单梁形式，计算双线桥时将截面
刚度取为实际值的一半。
分析可知桥梁和轨道大系统的结构特点：轨道结
构通过扣件道床系统和梁体上缘发生相互作用；梁体
的支座与梁体下缘连接传递纵向力和竖向力；提篮拱
拱肋上立柱墩与拱肋上缘联结。基于大型有限元分析
软件ANSYS进行有限元建模时，拱肋单元、墩台单元
及梁体单元可选用二维弹性锥状非对称梁
BEAM54单元模拟。BEAM54单元为单轴且能承受拉
压与弯曲，每个节点上有3个自由度：沿和Y轴的位
移和绕z轴的转动。单元允许具有不对称的端面结
构，并且允许端面节点偏离截面形心位置(图1)。
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图1 BEAM54单元
依据上述计算假定和单元选取，所建力学模型能
够较为接近实际的结构，基于有限元法建立线桥墩空
间一体化计算模型如图2所示。
线路纵向阻力钢轨
图2 线桥墩空间一体化计鼻模型
1．2 截面简化计算
钢管混凝土截面采用等效截面，其等效方法按
《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28：90)中
的条款采用⋯ ，即：
『EA ：E A。+ E A。