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随着我国交通航运事业的发展,内河航道通航等级的提高,对于跨越通航河流的桥梁常常要求增大跨径乃至一跨过河;但一般农桥所在的地方道路公路等级低,只需要设计较窄的桥面,这样就出现了大跨径小宽跨比桥梁。拱式结构就是此类桥梁的可选桥型,尤其是下承式系杆拱桥,作为外部无推力的自平衡拱桥体系,对基础的要求大大降低,跨越能力大,建筑高度比较低,容易满足通航等级的要求,而且造型美观。
本文对方山大桥进行了设计方案比选,然后专门针对小宽跨比下承式系杆拱桥这种较为特殊的桥型展开具体的研究。因为此种拱桥通常都能满足现行设计规范对于结构强度和刚度的要求,所以往往是结构的稳定或者动力特性控制其设计。
以方山大桥为例,利用有限元软件Midas/Civil建立空间有限元模型,分析了该桥在施工和成桥运营阶段各种工况下的稳定性,分析结果表明,小宽跨比下承式拱桥主要发生面外失稳,结构稳定性的决定因素是结构自身的构造形式和恒载效应。
在此基础上,通过有限元方法,研究了横撑的布置形式和位置、拱的内倾角等不同因素对于成桥阶段结构空间稳定性的影响,指出了对于小宽跨比下承式系杆拱桥空间稳定性有显著影响的因素及其合理的变化范围,并对此类系杆拱桥提高稳定性措施的经济合理性进行了分析。
最后,本文采用子空间迭代法,对方山大桥的动力特性进行了计算分析,分析结果表明,小宽跨比下承式系杆拱桥属于比较柔性的结构,整体面内刚度大于面外刚度。
本文较为详尽地阐述了小宽跨比下承式系杆拱桥在设计中为改善其稳定特性应采取的构造措施,可为同类型拱桥的优化设计提供参考。