• ISSN 0258-2724
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700 m级中承式缆拱桥设计

谢肖礼 付元杰 邓年春

谢肖礼, 付元杰, 邓年春. 700 m级中承式缆拱桥设计[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1162-1168, 1176. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170565
引用本文: 谢肖礼, 付元杰, 邓年春. 700 m级中承式缆拱桥设计[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1162-1168, 1176. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170565
XIE Xiaoli, FU Yuanjie, DENG Nianchun. Design of Half-Through Cable-Arch Bridge with 700 m Main Span[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1162-1168, 1176. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170565
Citation: XIE Xiaoli, FU Yuanjie, DENG Nianchun. Design of Half-Through Cable-Arch Bridge with 700 m Main Span[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1162-1168, 1176. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170565

700 m级中承式缆拱桥设计

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170565
基金项目: 广西防灾减灾与工程安全重点实验室系统性研究项目(2016ZDX0001);新型桥梁技术开发及应用(2017AB53052)
详细信息
    作者简介:

    谢肖礼(1963—),男,研究员,博士,研究方向为新型桥梁结构体系,电话:13977163010,E-mail:guxiexiaoli@126.com

  • 中图分类号: U448.29

Design of Half-Through Cable-Arch Bridge with 700 m Main Span

  • 摘要: 随着拱桥跨径的增加,拱肋稳定性问题突出,且巨大的推力需通过系杆或基础平衡,大跨度悬索桥的庞大锚碇耗资巨大. 针对这两个问题,结合拱和缆索的受力特点,提出一种新的桥梁结构体系——中承式缆拱桥. 首先,在主跨和边跨均加入拱圈;其次,去掉悬索桥锚碇,将主缆锚固于边拱拱脚;最后,通过选取适宜的垂跨比、矢跨比及拱轴系数,保证结构在恒载作用下主缆张力、主拱推力、边拱推力在数值上基本相等,从而使结构处于无推力状态并达到改善结构力学性能的目的. 给出了新型桥的具体结构形式和受力机理,并以700 m跨径为例对其进行设计研究,对其施工过程提出了设想. 有限元计算分析表明:中承式缆拱桥的拱与缆索共同承担桥面荷载,与同条件下的连续拱桥相比,其强度承载力提高约25%,稳定承载力提高约70%,同时恒载作用下结构产生的水平力基本为0,为突破拱桥跨径奠定了坚实的基础.

     

  • 图 1  中承式缆拱桥结构形式

    Figure 1.  Structure form of half-through cable arch bridge

    图 2  拱肋受力分析

    Figure 2.  Force analysis of the main arch

    图 3  主缆受力分析

    Figure 3.  Force analysis of the main cable

    图 4  700 m级中承式缆拱桥结构布置(单位:m)

    Figure 4.  Structural layout of the half-through cable arch bridge with a 700 m main span (unit:m)

    图 5  主拱截面

    Figure 5.  Cross section of the main arch

    图 6  锚固示意(单位:m)

    Figure 6.  Schematic diagram of anchoring (unit: m)

    图 7  700 m级有限元模型

    Figure 7.  Finite element model with a 700 m main span

    表  1  组合一主拱应力

    Table  1.   Stress of main arch under the first load combination

    类型主缆承担
    荷载比例/%
    主拱拱脚
    最大应力/MPa
    主拱拱顶
    最大应力/MPa
    连续拱桥100149.98149.90
    700 m 中承
    式缆拱桥
    47112.17111.07
    变化率/%25.225.9
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    表  2  组合二主拱应力

    Table  2.   Stress of main arch under the second load combination

    类型 主缆承担
    荷载比例/%
    主拱拱脚
    最大应力/MPa
    主拱拱顶
    最大应力/MPa
    连续拱桥 100 173.20 174.39
    700 m 中承
    式缆拱桥
    45 108.74 133.20
    变化率/% 37.3 23.6
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    表  3  结构位移

    Table  3.   Structural displacement

    类型 塔顶水平
    位移/mm
    主拱竖向
    位移/mm
    主跨最大
    挠度/mm
    连续拱桥 8.24 122.29 237.91
    700 m 中承
    式缆拱桥
    108.68 273.27
    变化率/% 11.1 14.9
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    表  4  组合三及组合四主拱应力

    Table  4.   Stress of main arch under the third and fourth load combination

    类型 升温 25 ℃ 降温 25 ℃ 不均匀沉降
    拱脚最大应力/MPa 拱顶最大应力/MPa 拱脚最大应力/MPa 拱顶最大应力/MPa 拱脚最大应力/MPa 拱顶最大应力/MPa
    连续拱桥 134.82 139.78 170.78 160.02 181.80 162.10
    700 m 中承
    式缆拱桥
    103.71 106.12 126.28 115.43 145.10 127.60
    变化率/% 23.1 24.1 26.1 27.9 20.2 21.3
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    表  5  组合五主拱应力

    Table  5.   Stress of main arch under the fifth load combination

    升温 25 ℃ 降温 25 ℃
    拱脚最大应力/MPa 拱顶最大应力/MPa 拱脚最大应力/MPa 拱顶最大应力/MPa
    连续拱桥 179.17 184.92 198.79 132.12
    中承式缆拱桥 118.93 146.66 192.79 152.47
    变化率/% 33.6 20.7 33.5 20.9
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    表  6  屈曲分析结果

    Table  6.   Results of buckling analysis

    类型连续拱桥中承式缆拱桥稳定系数变化率/%
    临界荷载系数稳定系数临界荷载系数稳定系数
    第1模态584.20817.4577.38
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    表  7  不同垂跨比的计算结果

    Table  7.   Calculation results for different sag-span ratios

    矢跨比垂跨比主缆承担
    荷载比例/%
    主拱最大
    应力/MPa
    稳定系数
    1/6 1/14 45.00 133.00 7.45
    1/12 50.88 128.14 10.30
    1/10 58.43 122.19 13.50
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-19
  • 修回日期:  2018-06-20
  • 网络出版日期:  2018-12-24
  • 刊出日期:  2019-12-01

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