大跨径拱桥2种失稳状态浅析.pdfVIP

公路交通技术 2013年8月 第4期 TechnologyofHighwayandTransport Aug．2013 No．4 大跨径拱桥 2种失稳状态浅析 林永明 (贵州省公路勘察设计院，贵阳 55008) 摘 要 ：山区公路深V型河谷地貌大跨径拱桥的稳定性计算至关重要。稳定性计算分为第 1类稳定和第2类稳定， 都与通常定义的强度概念完全不同。通过理论分析并基于工程实例就大跨径拱桥的2类失稳状态进行探讨和分析。 关键词 ：桥梁工程 ；稳定；失稳 文章编号：1009—6477(2013)04—0110—03 中图分类号：U448．22 文献标识码：B AnalysisforTwoStatesofInstabilityofLarge—spanArchBridges LIN Yongming 李国豪先生曾在 《桥梁结构的稳定与振动》一 及非线性发散等问题，因此实际的受力分析并不为 书中指出：桥梁结构的稳定性是关系其安全与经济 通常的设计和施工控制所掌握。 的主要问题之一…，此问题与结构的强度问题具有 同等重要的意义，其中拱桥的稳定性问题显得尤为 1 拱的稳定理论 突出。 1884--1910年，国外 Levy、Timoshenko等学者 拱的失稳状态是以拱的失稳标准来判定的，其 就已经推导出了均匀受压状态下的圆弧拱临界荷 中包括第 1类失稳和第2类失稳的计算。 载，奠定了拱的平面屈曲理论基础。 第 1类失稳状态对应的是分支点失稳现象，也 1918--1940年，对拱的屈曲理论研究从圆弧拱 就是理想中心压杆的失稳，临界力需由荷载一挠度 进入到了抛物线拱的讨论及计算 ，欧美学者开始就 曲线找出而不是用其他准则确定，所以失稳的判别 两铰扁圆拱的 “跳跃”问题及竖向均布荷载下抛物 准则是针对曲线图中分支点的失稳获得 J。拱桥的 线拱的屈曲问题进行了推导及应用，这标志着拱的 稳定状态被破坏后结构会转向另外一种平衡状态， 面 内屈 曲理论开始得 到实 际运用。1948年， 这类稳定是基于假设结构失稳时处于小变形范围来 Chatterjee首先建立 了拱结构极限承载力分析的挠 确定，其稳定状态计算简便，概念也较清晰。早期拱 度理论 。 的屈曲研究都是针对此类稳定状态的理想弹性结构 拱桥稳定性有限元分析中，若基于经典弹性理 进行研究，由于受到计算条件的限制，所建立的分析 论，则属于第 1类稳定分析；若基于非线性挠度理 理论和实用计算方法都包含了许多假定和近似。 论，则属于第2类稳定分析。随着计算机的 日益发 第2类失稳性研究属于极值点失稳研究，可以 展和广泛应用，非线性有限元分析方法也不断得到 理解为结构的极限荷载概念，是结构的大变形研究。 发展，结构几何和材料非线性的分析方法得到综合 当拱桥发生此类失稳时，结构丧失了承载能力，此 考虑，且被逐渐运用到拱结构极限承载力计算中，并 时，荷载达到临界值时即使不继续增加荷载甚至减 获得了与试验值较为吻合的结果，表明拱的稳定研 少荷载，变形也会 自行增加 J。 究已从压屈理论进入到压溃理论。拱在竖向荷载作 拱桥第 1类失稳状态是一种理想的纯压模型， 用下的面内失稳形态示意如图1所示。 计算已较为成熟，此类稳定结构的计算在上世纪40 年代初就已被掌握 ；而第2类失稳计算属于压溃荷 2 拱的横向失稳分析 载问题，是拱桥的实际状态，涉及到的几乎都是比较 拱是一种主要承受压力的曲杆体系，当荷载达 复杂的非线性计算。由于涉及到特征值的屈曲荷载