论文部分内容阅读
摘要：本文以溇水河特大桥为例，对箱形拱桥的矢跨比、拱轴系数如何选择，做出论述，运用桥梁计算软件不同拱轴线及矢跨比组合的情况进行计算分析，得出箱形拱桥整体设计要点，为同类型桥梁设计提供参考。
关键词：拱轴系数；矢跨比；钢筋混凝土拱桥；内力分析
Abstract: this paper Lou water river large bridge as an example, the box arch bridge rise-span ratio, arch axis factor how to choose and make paper, using bridge calculation software different arch axis and rise-span ratio of combination has been calculated and analyzed box arch bridge, the overall design points for the same type bridge design to provide the reference.
Keywords: arch axis coefficient; Rise-span ratio; Reinforced concrete arch bridge; Internal force analysis
中图分类号：U448.22+3文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
箱形拱橋基本设计理论
拱桥总体设计中，矢跨比与拱轴系数选择很重要。矢跨比与拱轴线的形状直接影响拱圈的内力大小及分布，选择矢跨比与拱轴线的一般原则就是尽可能降低由于荷载产生的弯矩值。矢跨比的选择：当跨径及拱顶、拱脚标高确定后，即可根据分孔时拟定的跨径大小确定主拱圈的矢跨比。
拱轴线的选择：最理想的拱轴线是与拱上各种荷载作用下的压力线吻合。我国桥梁设计中常用的拱轴线的形状有圆弧线、抛物线、悬链线三种，悬链线拱为大跨拱桥普遍采用的拱轴线形。确定悬链线拱拱轴系数m的常规方法是采用“五点重合法”，即要求拱轴线在全拱有五点(拱顶、两1/4点和两拱脚)与其三铰拱恒载压力线重合，可以根据上述五点弯矩为零的条件确定m值，即先假定一个m0值，定出拱轴线，做图布置拱上建筑，然后计算恒载对拱脚和L/4截面的弯矩，利用公式
（式1.1）
（式1.2）
算出m值，若与假定的肠值不符，则应以求得的m值作为新假定值，迭代计算，直至两者接近为止。该方法适用于电算不发达的年代，现在结构电算可以很方便的实现该方法无法考虑的活载、降温、材料收缩徐变等的影响。本文主要根据电算程序对比分析，得出矢跨比与拱轴系数对结构内力影响的一般规律。
溇水河大桥实例分析
2.1 桥梁概况
溇水河大桥位于恩施鹤峰绕城高速上跨越溇水河的钢筋混凝土箱形拱桥，桥址区属构造溶蚀、剥蚀中低山峡谷地貌区，微地貌有深切的V型溇水河、陡崖、斜坡、旱地、民房子、乡村道路，桥轴线内最大地面标高在655m左右，最低地面标高在485m，相对高差约170m，切割深度大。
主桥采用150m钢筋混凝土上承式箱型拱桥跨越溇水河，全桥总体跨径布置为2×(3×20)m+16m+11×11.6m+16m+4×20m，桥梁全长381.6m，宽19.0m。主桥拱上采用11.6m、16m结构简支桥面连续钢筋混凝土T梁，引桥采用20m结构简支桥面连续预应力混凝土T梁。
图2.1 溇水河桥型布置立面图
2.2矢跨比的选择
本桥主拱净跨径L0= 150m，净矢高f0=34.884m，净矢跨比f0/L0=1/4.3,计算跨径L=152.224m,计算矢高f=36.384m,拱轴系数m=2.514。主拱圈为悬链线箱形无铰拱，高度为3.0m。
综合考虑路线纵断面、实际的地形条件及桥梁的景观协调，初步确定拱桥的矢跨比f/L=1/4.3。根据初步拟定的矢跨比，多次试算初步确定拱轴系数m=2.24。确定矢跨比f/L=1/4.3不变，选择m=1.988， m=2.240， m=2.514进行比选。确定m=2.24不变，选择f/L=1/4.0， f/L=1/4.3，f/L=1/5.0进行比选。
图2.2 溇水河结构离散图
2.3拱轴系数的确定
根据路线纵断面及拱脚位置选择初步拟定f/L=1/4.3，现在以f/L=1/4.3不变，选择m=1.988， m=2.240， m=2.514进行比选，恒载内力值、极限承载能力组合值如下表：
表2.1 f/L=1/4.3 各拱轴系数内力值
图2.3 恒载作用下主拱圈内力图
从上表可以看出，随着拱轴系数m增大,拱轴线上抬，拱顶正弯矩增大，拱脚负弯矩值减小。m从1.988增大到2.24，拱脚负弯矩减小11.4%，3/8跨正弯矩增加15.6%；m从2.24增大到2.514，拱脚负弯矩减小12.85%，3/8跨正弯矩增加6%；
现以m=2.24不变，调整矢跨比得出主拱圈结构内力如下表:
表2.2 m=2.24各矢跨比内力值
从上表可以看出，随着矢跨比减小,主拱圈形状变坦，主拱圈轴力变大，拱脚负弯矩变小，3/8跨正弯矩增大。f/L=1/4.0 减小到f/L=1/4.3主拱圈拱脚负弯矩减小2.8%，轴力增大1%，3/8跨正弯矩增加13.7%；f/L=1/4.3 减小到f/L=1/5.0，拱脚负弯矩减小17.3%，轴力增大17.5%，3/8跨正弯矩增加28%；
结语
本文按照桥梁结构计算程序，对不同矢跨比、拱轴系数组合进行计算对比分析得出：随这矢跨比变小，拱圈变坦，拱圈推力变大，更利于发挥拱圈受压的优势，有利于拱圈受力。随拱轴系数变大，拱轴线上抬，拱脚负弯矩减小，3/8跨、拱顶正弯矩区正弯矩变大，反之亦然。实际的设计过程中，矢跨比与拱轴系数的选择需要多次试算才能得出合适的拱轴系数及矢跨比，本文总结了矢跨比及拱轴系数对拱圈内力的变化趋势及幅度，为日后同类型桥梁设计提供参考。
参考文献
[1].邵旭东,顾安邦.桥梁工程[M].人民交通出版社, 2007.2.
[2].JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范(2004年版)[S]. 人民交通出版社,2004.
[3]. JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范（2004年版）[S]. 人民交通出版社,2004.
关键词：拱轴系数；矢跨比；钢筋混凝土拱桥；内力分析
Abstract: this paper Lou water river large bridge as an example, the box arch bridge rise-span ratio, arch axis factor how to choose and make paper, using bridge calculation software different arch axis and rise-span ratio of combination has been calculated and analyzed box arch bridge, the overall design points for the same type bridge design to provide the reference.
Keywords: arch axis coefficient; Rise-span ratio; Reinforced concrete arch bridge; Internal force analysis
中图分类号：U448.22+3文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
箱形拱橋基本设计理论
拱桥总体设计中，矢跨比与拱轴系数选择很重要。矢跨比与拱轴线的形状直接影响拱圈的内力大小及分布，选择矢跨比与拱轴线的一般原则就是尽可能降低由于荷载产生的弯矩值。矢跨比的选择：当跨径及拱顶、拱脚标高确定后，即可根据分孔时拟定的跨径大小确定主拱圈的矢跨比。
拱轴线的选择：最理想的拱轴线是与拱上各种荷载作用下的压力线吻合。我国桥梁设计中常用的拱轴线的形状有圆弧线、抛物线、悬链线三种，悬链线拱为大跨拱桥普遍采用的拱轴线形。确定悬链线拱拱轴系数m的常规方法是采用“五点重合法”，即要求拱轴线在全拱有五点(拱顶、两1/4点和两拱脚)与其三铰拱恒载压力线重合，可以根据上述五点弯矩为零的条件确定m值，即先假定一个m0值，定出拱轴线，做图布置拱上建筑，然后计算恒载对拱脚和L/4截面的弯矩，利用公式
（式1.1）
（式1.2）
算出m值，若与假定的肠值不符，则应以求得的m值作为新假定值，迭代计算，直至两者接近为止。该方法适用于电算不发达的年代，现在结构电算可以很方便的实现该方法无法考虑的活载、降温、材料收缩徐变等的影响。本文主要根据电算程序对比分析，得出矢跨比与拱轴系数对结构内力影响的一般规律。
溇水河大桥实例分析
2.1 桥梁概况
溇水河大桥位于恩施鹤峰绕城高速上跨越溇水河的钢筋混凝土箱形拱桥，桥址区属构造溶蚀、剥蚀中低山峡谷地貌区，微地貌有深切的V型溇水河、陡崖、斜坡、旱地、民房子、乡村道路，桥轴线内最大地面标高在655m左右，最低地面标高在485m，相对高差约170m，切割深度大。
主桥采用150m钢筋混凝土上承式箱型拱桥跨越溇水河，全桥总体跨径布置为2×(3×20)m+16m+11×11.6m+16m+4×20m，桥梁全长381.6m，宽19.0m。主桥拱上采用11.6m、16m结构简支桥面连续钢筋混凝土T梁，引桥采用20m结构简支桥面连续预应力混凝土T梁。
图2.1 溇水河桥型布置立面图
2.2矢跨比的选择
本桥主拱净跨径L0= 150m，净矢高f0=34.884m，净矢跨比f0/L0=1/4.3,计算跨径L=152.224m,计算矢高f=36.384m,拱轴系数m=2.514。主拱圈为悬链线箱形无铰拱，高度为3.0m。
综合考虑路线纵断面、实际的地形条件及桥梁的景观协调，初步确定拱桥的矢跨比f/L=1/4.3。根据初步拟定的矢跨比，多次试算初步确定拱轴系数m=2.24。确定矢跨比f/L=1/4.3不变，选择m=1.988， m=2.240， m=2.514进行比选。确定m=2.24不变，选择f/L=1/4.0， f/L=1/4.3，f/L=1/5.0进行比选。
图2.2 溇水河结构离散图
2.3拱轴系数的确定
根据路线纵断面及拱脚位置选择初步拟定f/L=1/4.3，现在以f/L=1/4.3不变，选择m=1.988， m=2.240， m=2.514进行比选，恒载内力值、极限承载能力组合值如下表：
表2.1 f/L=1/4.3 各拱轴系数内力值
图2.3 恒载作用下主拱圈内力图
从上表可以看出，随着拱轴系数m增大,拱轴线上抬，拱顶正弯矩增大，拱脚负弯矩值减小。m从1.988增大到2.24，拱脚负弯矩减小11.4%，3/8跨正弯矩增加15.6%；m从2.24增大到2.514，拱脚负弯矩减小12.85%，3/8跨正弯矩增加6%；
现以m=2.24不变，调整矢跨比得出主拱圈结构内力如下表:
表2.2 m=2.24各矢跨比内力值
从上表可以看出，随着矢跨比减小,主拱圈形状变坦，主拱圈轴力变大，拱脚负弯矩变小，3/8跨正弯矩增大。f/L=1/4.0 减小到f/L=1/4.3主拱圈拱脚负弯矩减小2.8%，轴力增大1%，3/8跨正弯矩增加13.7%；f/L=1/4.3 减小到f/L=1/5.0，拱脚负弯矩减小17.3%，轴力增大17.5%，3/8跨正弯矩增加28%；
结语
本文按照桥梁结构计算程序，对不同矢跨比、拱轴系数组合进行计算对比分析得出：随这矢跨比变小，拱圈变坦，拱圈推力变大，更利于发挥拱圈受压的优势，有利于拱圈受力。随拱轴系数变大，拱轴线上抬，拱脚负弯矩减小，3/8跨、拱顶正弯矩区正弯矩变大，反之亦然。实际的设计过程中，矢跨比与拱轴系数的选择需要多次试算才能得出合适的拱轴系数及矢跨比，本文总结了矢跨比及拱轴系数对拱圈内力的变化趋势及幅度，为日后同类型桥梁设计提供参考。
参考文献
[1].邵旭东,顾安邦.桥梁工程[M].人民交通出版社, 2007.2.
[2].JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范(2004年版)[S]. 人民交通出版社,2004.
[3]. JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范（2004年版）[S]. 人民交通出版社,2004.