初始缺陷對大跨徑鋼管混凝土拱橋穩(wěn)定性的影響分析

樊開盼，張元峰

(1.中國公路學會，北京 100011；2.中咨華科交通建設技術(shù)有限公司，北京 100195)

近年來，高強材料和薄壁結(jié)構(gòu)被廣泛應用的同時，結(jié)構(gòu)剛度普遍下降，穩(wěn)定性問題日益突出。而初始缺陷對大跨徑勁性骨架上承式鋼管混凝土拱橋的穩(wěn)定性及承載力有著不容忽視的影響。本文以西溪河大橋為工程依托，分析了初始缺陷因素對拱橋穩(wěn)定性的影響，既為該橋的順利施工提供技術(shù)保障，又為今后同類型橋梁設計提供借鑒。

一、工程概況

成貴鐵路西溪河大橋主橋結(jié)構(gòu)為上承式“X”型鋼管混凝土拱橋，跨越深切河谷西溪河，全長493.6m，主跨240m，軌面至河面高差255.7m。孔跨樣式為(3×32.7)m鋼-混結(jié)合連續(xù)梁+240m上承式鋼管混凝土拱橋+(4×32.7)m鋼-混結(jié)合連續(xù)梁。拱肋橫向內(nèi)傾7.5°，主拱在其傾斜平面內(nèi)拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)m=2.2，矢跨比約1/4.364，拱肋高5.7m，寬3.0m。主拱圈采用轉(zhuǎn)體法施工，連續(xù)梁采用頂推法施工。

二、有限元模型的建立

（一）有限元模型參數(shù)及單元類型選取

西溪河大橋拱肋全長采用等截面，由兩肢Q345qd鋼管和兩塊鋼板焊接成啞鈴型，內(nèi)填充C50混凝土；拱趾起拱兩端各53.0m范圍內(nèi)用兩塊鋼板連接，內(nèi)填充C50混凝土構(gòu)成箱形截面。拱肋的中部其上、下弦之間通過H型腹桿連接形成拱式桁架。

選用空間梁單元模擬鋼桁架，殼單元模擬混凝土板。為方便建模，桁架拱上下弦桿、腹桿及撐桿均采用BEAM188單元模擬；桁架的上下蓋板及腹板中灌注混凝土，均采用SHELL181單元模擬。為達到變形協(xié)調(diào)，桁架與蓋板、腹板單元之間共用節(jié)點。……