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斜靠式拱桥(又称斜靠背式拱桥或双提篮拱桥、复式提蓝拱桥,double X-arch bridge)是近些年来在提篮拱桥基础上发展起来的一种新型拱桥结构型式。此类桥型结构新颖,受力及构造复杂,空间效应明显,国内外研究成果相对较少。因此,开展斜靠式拱桥力学性能分析研究具有重要的理论意义和实用价值。 本文根据平顶山市城东河路湛河桥主桥——斜靠式拱桥的结构特点,采用空间有限元法对该桥进行离散,用空间梁单元模拟系梁、端横梁、中横梁、纵梁和拱肋等构件,用板单元模拟桥面板,用只承受拉力的桁架单元模拟吊杆,建立了该斜靠式拱桥的空间有限元计算模型,提出采用影响矩阵法求解计算所需要的吊杆初始张拉力,使得计算所得吊杆张力结果与设计值吻合较好,给出了该桥的初始平衡状态;利用桥梁有限元计算程序MIDAS/Civil对该桥进行了初始平衡状态下的静力、动力、稳定性分析,对桥梁的设计进行了成桥状态设计验算,同时探讨了吊杆损伤对该桥型静力、动力、稳定性的影响。综合以上工作,本文得出以下结论: 1.静力分析结果: (1)拱肋和系梁受力关于跨中对称。在吊杆位置系梁的轴力、剪力、弯矩都有较大的突变;拱肋的剪力也有较大的突变,弯矩和轴力变化不明显。由于端横梁的约束作用,系梁的弯矩图与固端梁相似,系梁整体处于全截面受压状态,仅在跨中截面下缘出现了较小拉应力,但满足A类预应力构件的要求。拱肋受力以轴压力为主,除拱脚外其它位置所受弯矩和剪力都较小,但面外弯矩相对较大,拱脚及内、外拱肋连接处受力复杂,该桥型空间效应明显。 (2)吊杆受力关于跨中和纵轴对称,吊杆张力分布大致均匀。内拱吊杆安全系数为2.934,外拱吊杆安全系数为3.200,满足最小安全系数不得小于2.5的规定,且有较大安全储备。 (3)全桥变形以竖向变形为主,拱肋项部发生了较大的横向变形。系梁最大竖向位移为-0.022m,拱肋最大竖向位移为-0.047m,最大横向位移为0.125m(向内)。该桥梁在荷载作用下位移都控制在规范规定的范围之内,满足设计规范正常使用极限状态下的变形要求。 (4)吊杆损伤对该桥静力性能的影响:吊杆损伤对系梁和拱肋等构件的轴力影响较小,对弯矩和剪力影响较大,特别是在吊杆损伤处变化最大。吊杆损伤对吊杆系静张力的分配有较大的影响,一旦某根吊杆退出工作,与之相邻的吊杆张力增加最大,增加幅度向两侧逐渐减小;因内拱吊杆受力比较大,当其损伤时对结构的影响比外侧吊杆损伤时对结构的影响大。吊杆损伤使系梁的竖向位移增大,在吊杆损伤处位移变化最大;吊杆损伤使吊杆损伤处拱肋的竖向位移减小,其它位置位移变化较小。