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大跨度刚架拱桥荷载横向分布研究 　　摘要: 从建筑学角度来看,横向连接的刚度与分布的作用存在着正比的关系,连接刚度大,横向分布作用就更加明显。笔者对刚架拱桥实施静载试验,弄清拱桥的荷载横向分布系数,将得出的结果整理好后用ANSYS的三种有限元模型做进一步研究,探讨大跨度刚架拱桥横向分布的最佳计算方法。 　　关键词: 钢架拱桥;荷载;横向分布 　　 　　“超载现象”一直是我过拱桥建筑普遍存在的问题,这带来的直接影响是导致裂缝出现,如果拱桥斜腿与桥面相交处出现裂缝,其后果更加严重。为了准确地判定拱桥的静载荷能力,笔者通过实验后进行了详细地分析。 　　 　　一、拱桥荷载的计算方法 　　 　　拱桥的荷载能力反映了拱桥的实际运用情况,熟练掌握拱桥荷载的计算方法可以及时的了解拱桥的实际情况,做好日常维修养护工作。拱桥荷载的计算方法包括了:弹性支承连续梁法、偏心压力法、推力体系比拟板法、模拟计算。 　　1、弹性支承连续梁法。运用弹性支承连续梁法的前提是要了解钢架拱桥的构造、性能、自身的特点及受理情况,这样进行荷载计算时就可以把拱桥的横桥向转化成弹性支承连续梁进行思考,如下图所示: 　　 　　2、偏心压力法。又称刚性横梁法,是在横隔梁为无限刚性这一假设的情况下进行计算的,这一方法的计算结果需要进行进一步的验证。 　　3、推力体系比拟板法。即拱桥的拱体结构可以沿着拱桥轴线方向进行转变,最终变为截面的板体。如果使用着中国方法计算的荷载横向分布系数,需要将纵向位移带来的影响考虑在内。 　　 4、ANSYS软件模拟计算。需要建立有限元模型,并且包含一个假定过程,其具体内容有拱桥结构、截面变形、静载作用、实腹段、弦杆、刚度等等。 　　 　　二、各类建模与实验的比较 　　 　　本次计算研究笔者采用的是ANSYS有限元软件三种建模方式,先将相关建模方式所处详细地阐述和比较。 　　1、荷载建模 　　模型一,只考虑由拱腿,不考虑桥面板和桥面铺装。计算过程中整个拱桥都运用BEAM4单元来模拟,包括了拱桥的刚度和结构都考虑在内。其步骤是,先将作用在桥面上的汽车荷载换算成等效的荷载施加到拱肋上,然后建立图平面杆系模型,计算出相应的单位力作用。 　　模型二,由拱腿组成的空间杆系模型。同样使用BEAM4单元进行模拟,此类模拟的重点对象是横桥向的刚度,拱桥的桥面板是沿桥面横向传递力的一种拱桥面板和单向板的车辆荷载在桥面上的位置则要根据其际作用的大小而定,这样和理的安排才会起到作用。 　　模型三,用BEAM4单元模拟拱腿组成的空间杆系模型。这种模拟方法的对象是拱桥的桥面板,借助于壳单元SHELL63进行仿真模拟。这一过程不需要顾及到桥面铺装,这事因为它对荷载横向分布不会造成影响。 　　通过以上三种模型进行计算后发现,三种模型的实验计算结果相差不大,都能比较准确地计算出刚架拱桥的影响线系数,将拱桥的荷栽横向分布系数误差控制到很小 　　2、荷载试验 　　(1)试验内容。依照建筑行业的相关规定以及我国交通部门的试行规定,加上拱桥的自身特点进行科学的荷载实验。本次试验笔者的主要对象是静载荷试验,测试的主要对象包括:跨中截面,即斜腿与跨中之间中点的截面;脚截面,即斜腿支座附近截面等位置的应变值。试验中,中跨中截面和拱脚截面的测点布置如下图所示: 　　 　　(2)试验结果。根据被测试的4辆车最终测出的应变值情况可以得到正应变,接着按照应变积计算出该截面的弯矩,再根据弯矩计算出线系数,最终得到的拱桥荷载的横向分布系数。表3为各种方法算出的在跨中截面位置的荷载横向分布系数与试验测试结果。根据上述计算步骤,笔者首先测试出应变数据的详细数值,再求解出弯矩,最后得到了表3中的一组数据,并进行了详细地比较。 　　 　　通过观察表3中的数据不难看出,试验结果与跨中截面使用有限元模型和用推力体系比拟板法的计算结果还是比较接近的。 　　3、试验建议 　　工程技术人员和检测人员在进行刚架拱桥荷载横向分布的相关计算时,一般情况都将出现塑性铰这一现象排除在外,这主要是因为在使用弹性支承连续梁进行计算时都会过高地估计了桥面板的连续性,排除出现塑性铰就是为了弥补这一不足。另外,在实际的试验计算中要想做到偏心压力法事十分困难的,这事因为需要假定横隔梁无限刚性,这个是无法实现的。笔者建议在计算过程中采取推力体系比拟板法,因为这种方法中限元模型把整体作用考虑在内,因而最终的计算数据结果与实际情况比较相似。 　　 　　三、大跨度空间结构相关技术 　　 　　目前在大跨度空间结构中,常用的计算机高架拱桥施工技术有GPS定位技术、结构仿真技术、虚拟现实技术。 　　1、整体提升法。将网架或桁架在地面拼装好后利用整体提升法将起重设备在网架活桁架上面,通过吊杆活