連續梁拱組合體系橋梁穩定性分析

郭子亨

摘 要：隨著我國在道路建設方面也取得了較大的成就。連續梁拱組合體系橋梁方向的發展也取得了較大的突破。梁拱組合體系的橋梁具有著受力復雜，穩定性分析困難的特點。因此，對連續梁拱組合體系橋梁進行穩定性分析是一項重要的工作內容。本文充分采用空間有限元程序對拱肋的橫向彈性穩定性進行了分析。同時也了解了拱肋，風撐以及吊桿等因素對整個橋梁穩定性的影響程度。所得數據和分析結果可為連續梁拱組合體系橋梁的建設提供一定的指導。

關鍵詞：連續梁拱組合體系橋梁;穩定性分析

橋梁結構發生失穩，根據表現形式的不同可以分為兩類，分別是橋梁整體結構出現失去穩定性的現象以及部分結構出現失去穩定性的現象。橋梁部分結構失去穩定性的主要表現就是局部分解結構穩定性下降和部分其他構件穩定性下降。局部結構的穩定性下降將直接影響橋梁的可靠性。目前大多數施工方案和施工要求，都會要求橋梁在各方向都要保持平穩，就是橋梁在各種作用力的影響下，都要表現出穩定的狀態，穩定性分析工作的開展必不可少。

1 連續梁拱組合體系主要構成和特性

吊桿，橫梁，橋面系，拱肋以及系梁等是目前連續梁拱組合體系的主要組成部件。各個局部組件相互依附，相互支撐，共同承壓。是一種具備結構的合理性，外觀的美觀性以及體系的新穎性的橋梁體系。主要進行負載承擔的組件是橋梁拱肋，負責預應力束負載拱端推力的組件是橋梁系梁。而釣竿以及橋面結構則負責橋面的承壓。其中橋梁拱肋是最重要的承壓構件，橋梁拱肋的穩定性是決定整個連續梁拱組合體系橋梁的重要因素。近年來，各種各樣的新材料新技術在橋梁建設行業得以廣泛應用，大大增加了拱肋的長細比。部分地區為了減少行車時的壓抑感，在橋梁設計方面特意采用了無風撐或者是減少風撐的設計，這就要求拱肋必須具有更改的穩定性和可靠性。

2 連續梁拱組合體系橋梁的受力特點

連續梁拱組合體系橋梁是由承重構件，活載分布構件以及力學傳遞構件三大構件構成，是較為經典的三元結構。橋梁整體結構具有著穩定性高，使用年限長的優良特點。在這三大構件之中，橋梁拱肋和系梁是承重構件的主要組件;橋梁系梁，橫梁以及橋面是活載分布構件的主要組件;吊桿與立柱則是力學傳遞構件的主要組件。其中，系梁不僅僅是活載分布構件的主要組件，同時也是稱重構件的重要組成部分。在受力上，該組件所受到的力量是多重的。以上便是連續梁拱組合體系橋梁的主要承載體系。

建成后的連續梁拱組合體系橋梁的外部支撐與連續梁具有較高的相似度，其支座處產生的作用力只有豎向反力，從這一點我們可以清楚的判斷出連續梁的受力特點。因此，連續梁拱組合體系橋梁的受力特點如下。從橋梁內部的構造進行分析，拱和梁之間荷載的壓力會轉化成平衡它們彼此之間的相互作用力。從橋梁的外部進行分析與前者相仿，可憑借構造的特點將荷載力轉變為另一種形式的作用效應。因此，拱的推力以及梁的軸向拉力彼此之間相互作用，拱與梁截面的總彎矩可以轉變為拱受壓，梁受拉的受力表現。最大程度上提高橋梁的穩定性。

下承式連續梁拱組合體系橋梁的拱加強了橋梁的中跨，這令內力可以進行重新分布，將荷載的壓力自拱傳達至固定的支點，中跨與邊跨內力的彼此間造成的影響大大削弱，最大程度上降低了邊跨出現負反力。

中承式連續梁拱組合體系橋梁與連續梁的受力特點適應度較高，其彎矩相對較大的跨中和中支點位置的拱梁相對距離增大。整個橋梁結構可以達到拱受壓，梁受拉的最佳受力狀態。

上承式連續梁拱組合體系橋梁強化了中支點段，有效的吸引了內力。拱的壓力以及梁的拉力抵消了負彎矩，壓力的豎向分力也提供了較高的抗剪力。

3 拱橋結構穩定性分析的主要方法和計算結果

有限元，線性屈曲以及非線性穩定性計算是目前橋梁建設行業使用較為廣泛的穩定性計算方法。通過分析空間梁單元的應變能力，并結合利用極值條件，可以推算出空間梁單元的剛度。

下承式梁拱組合式橋梁，采用66.5m+142m+66.5m預應力混凝土連續槽型梁與中跨鋼管混凝土加勁拱組合結構，共軸線采用二次拋物線，中跨跨度142m，矢高28.4m，矢跨比1/5;鋼管外徑1.0m，拱肋全高3.0m，拱腳處的寬度加長到1.0m，腹腔的實際寬度約為0.6m，對上下鋼管及腹腔進行補償收縮混凝土的灌注，吊桿縱向間距6.0m，兩榀拱肋中心距約為13.5m，中跨的吊桿數量確認為19對，根據計算，整座橋梁共設置四道K形風撐，三道一字形風撐，梁體采用變高度槽型箱梁截面，，槽形截面內側凈寬11.0m，邊箱頂寬3.4m，全截面頂寬17.8m，底寬16.0m。

橋梁穩定性的計算采用空間結構模型，對橋梁拱肋的彈性穩定系數進行分析和計算。拱肋，縱梁，風撐以及橫梁都是空間梁單元，不加入橋面板剛度的計算。吊竿則視為沒有抗彎剛度的簡單拉伸構件。

4 結果分析

根據計算結果可以發現，橋梁拱肋的側向剛度比豎向剛度要低，這種情況下橋梁整體結構穩定性下降的主要類型就是面外失穩。其主要表現為橋梁拱肋的跨中位置發生側面不平鼓出的現象。

橫梁，橫向連接系，系梁以及拱肋等主要部件的穩定性和剛度是影響橋梁整體穩定性的主要因素。

橋梁側向剛度的改變和風撐的設置形式會影響到整個橋梁的穩定性和可靠性。其中X形風撐與K形風撐對橋梁的穩定性具有較大的保障作用，同時提高側向剛度也可以有效增加橋梁的穩定性。

橋梁的橋面相較于拱肋可被認作為完全剛性。如果拱肋出現了側向移動的現象時，則極容易導致橋梁吊桿出現傾斜。如果將吊竿設為最為簡單的拉伸構件，那么吊桿的水平分力將可以與拱肋進行鞏固配合，極大程度上提高了橋梁整體的穩定性和可靠性，這種現象就是非保向力現象。

端橫梁的主要功能就是它可以對拱圈進行橫向嵌固，組成端橫梁的材料具有較高的線性剛度，側向穩定性也會因此而提高。由于整個橋面系具有較強的剛度，此時再對系梁以及橫梁的剛度進行加強，則極容易產生彎矩現象。大大降低了橋梁結構整體的穩定性和可靠性。根據計算可以發現，系梁豎向剛度對橋梁的穩定性造成的影響要小于側向剛度。中橫梁的側向剛度對橋梁穩定性造成的影響要略小于豎向剛度造成的影響。橋梁拱肋的側向剛度對橋梁的穩定性具有一定的積極作用，拱肋的側向剛度越高，橋梁的穩定性也就越高。此外，橋梁拱肋的扭轉慣性距的增大也會進一步提高橋梁的穩定性。

根據上述分析，可以得出以下結論：

連續梁拱組合體系橋梁失穩的主要表現為面外側傾失穩。穩定性下降的主要模式是對稱的半波，受風撐等因素的影響會發生改變。

非保向力作用能夠使連續連拱組合體系橋梁側向穩定性得到較大的提高。橋面的橫向剛度是影響非保向力作用發揮的重要影響因素。

對橋梁穩定性具有較高影響的組件是風撐，拱肋橫梁等組件的尺寸大小。其中風撐的剛度以及設置形式對穩定性造成的影響更大。如果在不設置風撐的情況下，對橋梁穩定性具有較大影響的因素就是吊桿和拱肋的側向剛度。

橫梁是保障橋梁穩定性的重要組成部件，如果橋面的剛度足夠大，那么橫梁的剛度對側向穩定性造成的影響就會明顯削弱。

5 結語

橋梁建設是道路建設工程中較為重要的組成部分，橋梁的穩定性對過往車輛以行人的生命安全有著極為重大的影響。對橋梁進行穩定性分析，根據分析數據進行專項施工，加強橋梁的穩定性可以最大程度上確保過往車輛以及行人的生命安全。同時也為橋梁的建設工程提供科學的數據指導和經驗積累，為我國的社會主義現代化建設添磚加瓦，積極推動我國基礎建設能力的提高和發展。

參考文獻：

[1]朱衛國，張松，項貽強.三跨連續梁拱組合體系橋梁穩定性分析[J].中國市政工程，2004，（3）：32-34.

[2]趙亮.城際鐵路大跨度連續梁拱組合橋設計[J].鐵道標準設計，2013，（11）：45-50.