論大跨拱橋拱軸系數(shù)m的確定

魏雪輝

摘? ? 要：計(jì)算實(shí)例為位于湖北宜巴公路上的干溝子大橋，干溝子大橋采用1m～100m上承式空腹拱橋梁，跨越峽谷，主拱采用1.9m高鋼筋砼預(yù)制箱拱，本橋的計(jì)算關(guān)鍵為選取合理拱軸線，合理拱軸線可以有效減小偏心距以及拱肋彎矩，減少拱圈彎矩對大跨度拱橋至關(guān)重要，本文論述采用電算程序進(jìn)行快速確定拱軸系數(shù)m。

關(guān)鍵詞：箱拱;拱軸系數(shù)m;上承式拱橋;懸鏈線拱

1? 工程概況

干溝子大橋采用1m～100m上承式空腹拱橋梁。上部橋面板采用7.5m跨與13m跨的預(yù)制空心板梁，蓋梁柱式墩等拱上結(jié)構(gòu)。主拱采用1.9m高鋼筋砼預(yù)制箱拱，采用五段拼裝施工方案，橫橋向共6片箱拱。拱腳為大體混凝土基礎(chǔ)，嵌入中風(fēng)化巖層（P2、P3墩）。橋面寬度B=12m，拱圈凈跨L=100m，凈矢高f=16.6667m，矢跨比f/L=1/6，箱高h(yuǎn)=1.9mm，箱總寬b=9.76m，拱腳與拱座剛性連接，形成無鉸拱。

2? 模型建立

采用midas civil2019進(jìn)行有限元空間桿系結(jié)構(gòu)建模，桿系按實(shí)際荷載傳遞模型整橋建立。拱座與主拱圈采用剛性連接，拱圈之間為橫隔板鉸接;主拱圈橫隔板與橫墻剛性連接，橫墻與立柱剛性連接，立柱與系梁、蓋梁剛性連接。

3? 試算拱軸系數(shù)m

本橋拱軸線為懸鏈線，拱圈內(nèi)力取決于拱軸系數(shù)m，m按從小到大順序依次試算。懸鏈線按以下公式將拱軸坐標(biāo)換算成電子表格坐標(biāo)，分別求出各m值對應(yīng)的拱軸坐標(biāo)，并導(dǎo)入CAD后導(dǎo)入civil快速替換拱圈單元，其中因拱軸線變化導(dǎo)致的上部結(jié)構(gòu)荷載變化可忽略不計(jì)。

同樣，對m=2.514，m=3.5均做了試算，結(jié)果為m越大，彎矩偏離拱軸線越大，故本橋的合理拱軸線為m=1.347。

4? 結(jié)論

（1）試算目標(biāo)為拱軸線與壓力線的五點(diǎn)重合，通過電算，可以直觀查看五點(diǎn)以外的內(nèi)力情況，要做到拱軸線和壓力線完全吻合是不太可能的，但是可考慮使拱腳至拱跨1/4點(diǎn)附近的一段，壓力線的多數(shù)點(diǎn)在拱軸線上面，在拱跨1/4點(diǎn)附近至拱頂?shù)膮^(qū)段內(nèi)，壓力線的多數(shù)點(diǎn)在拱軸線下面，最理想的極限即拱頂正彎矩接近拱腳負(fù)彎矩。

（2）本案例試算m值結(jié)果得知，隨著m值增加，拱腳彎矩由大變小，拱頂彎矩由小變大，m大于1.988時，彎矩偏離L/4拱軸位置。在m=1.347時，拱頂彎矩與拱腳彎矩比較接近，并且頻遇組合時拱頂彎矩略小，有利于收縮徐變與活載荷載的安全儲備。

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