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700 m级中承式缆拱桥设计

谢肖礼,付元杰,邓年春

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谢肖礼, 付元杰, 邓年春. 700 m级中承式缆拱桥设计[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 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]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 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 4700 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 7700 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 100 149.98 149.90
      700 m 中承
      式缆拱桥
      47 112.17 111.07
      变化率/% 25.2 25.9
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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 58 4.20 81 7.45 77.38
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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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