5-2钢桥子项目2：简支钢箱拱梁组合桥支架分析 - 图文

增大墩身刚度。

3.顶推时，桥梁会产生交替应力，当跨径较大时，在桥墩间设置临时墩，可抗倾覆，减小梁悬臂负弯矩，减小桥梁的施工内力，而墩旁临时支架则和主墩共同承受施工的不平衡弯矩。

4.当边孔跨径比中孔跨径大的桥梁或在T形钢架桥上，设置临时墩将边孔跨径内的支架减至最少。

5.预防外力(例如台风)对悬臂状态的梁体的影响。 6.保证通航和江中钢构件安装的安全与可靠性。 7.临时墩、临时支架可保证桥梁体系转换安全性。

1.1.3 临时结构分析的必要性

在大跨桥梁施工过程中设置临时墩、临时支架十分必要。同时，临时墩、辅助墩临时支架属于大型钢结构，在使用过程中的受力很复杂，其自身的安全问题将直接关系到整个大桥的施工安全，因而，对拱桥主桥钢箱梁吊装施工中的临时支架结构进行仿真分析，了解临时结构的受力行为具有十分重要的工程意义。

1.2 钢结构强度理论研究现状

1.2.1强度及强度理论概念

强度问题是指结构或单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力是否超过建筑材料的极限强度，因此是一个应力问题，对于大部分结构，常以未变形的结构作为进行分析即可获得足够精确的结果，不考虑变形对外力效应的影响，所得的变形与荷载呈线性关系，这种分析方法为一阶分析，叠加原理普遍适用。材料强度是保证各种工程结构安全使用的一个最重要的基本条件。

实践表明，材料的破坏形式基本上可以分为脆性断裂和塑性屈服两大类。长期以来，人们针对这两类破坏形式，提出两类关于材料在复杂应力状态下发生强度破坏的假说，通常称为强度理论。解释材料发生脆性断裂的理论主要包括最大拉应力理论(第一强度理论)和最大伸长线应变理论(第二强度理论)；解释材料发生塑性屈服的理论包括最大剪应力理论(第三强度理论)和歪形能理论(第四强度理论)等。

第一强度理论假设:最大拉应力?1是引起材料脆断的主要因素。即不论材料处于何

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种应力状态，只要单元体中的最大拉应力?1达到材料在单向拉伸试验下发生脆断时的极限拉应力值?b，材料就会发生脆断破坏。

第二强度理论假设:最大伸长线应变?1是引起材料脆断的主要因素。 第三强度理论假设:最大剪应力?max是引起材料屈服的主要因素。 第四强度理论假设:歪形能密度ud是引起材料屈服的主要因素。

1.2.2 强度理论的研究现状

强度理论研究虽然十分重要，但进展却十分缓慢。20世纪，工程强度理论的研究有三次重大突破。第一次是将20世纪初的单剪强度理论推进为八面体剪切强度理论(或三剪强度理论)；第二次是从八面体剪切强度理论推进为双剪强度理论，这三者分别形成了外凸理论的下限、居中和上限；第三次是将适用于某一类材料的各种单一强度理论推进为可以适用于多种材料的统一强度理论。

1.3钢结构的刚度研究

对大多数构件，为保证正常工作，除了满足强度条件之外，对其刚度也要有一定要求。即要求工作时构件的变形或某一截面的位移(最大位移或指定截面处的位移)不能超过规定的数值。即

△?[△]

式中，△为计算得到构件工作时的实际变形或位移，[△]为许用(即人为规定的)变形或位移。它们可以是线位移，也可以是角位移，根据构件的具体受力情况而定。对轴向拉压杆，△是指轴向变形或位移u；对受扭的轴，△为两指定截面的相对扭转角?或单位长度扭转角?，即角位移；对于梁，△指挠度?或转角?。

1.4钢结构稳定性研究现状和分析理论

桥梁失稳事故的发生促进了桥梁稳定研究的发展，与桥梁结构相关的稳定理论已有悠久的历史。早在1744年，欧拉(L.Eular)就提出了压杆稳定的著名公式，进行了弹性压杆屈曲的理论计算。此后，彭加瑞(A.Poincare, 1885)明确了稳定概念，并推广到流体力学的层流稳定问题中，即稳定分支点的概念。恩格塞(Engesser)和卡门(Karman)等根据大量中长压杆在压曲前己超出弹性极限的事实，分别提出了切线模量理论和折算模量理论。普兰特尔和米歇尔几乎同时发表了关于梁侧倾问题的研究成果。

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近代桥梁工程中由于采用了薄壁轻型结构，又为稳定问题提出了一系列新的课题。瓦格纳(H.Wagner1929)及符拉索夫等人关于薄壁杆件的弯扭失稳理论，证明其临界荷载值大大低于欧拉理论的临界值，同时又不能用分支点的概念来解释，因而引入了极值点失稳的观点以及跳跃现象的稳定理论。

20世纪40年代以来，北美、欧洲、日本等相继成立了结构稳定问题的国际性研究机构，对结构稳定问题进行了大量的理论与实验研究，并对结构设计计算方法加以不断的改进。中国学者钱学森在薄壳稳定方面，李国豪在桥梁结构稳定理论方面也都做出了重要贡献。此后，桥梁结构稳定理论结合各种形式的荷载、支承情况和结构构造得到了不断的发展，特别是电子计算机的问世开拓了这方面分析研究的领域，例如含塑性变形和残余应力的构件以及弹塑性的庞大杆件系统(如桁梁)等的稳定问题。

70年代李国豪把桁梁化成连续的截面可变形箱梁，研究了桁梁桥的侧倾稳定问题并提出了桁梁侧倾稳定分析的有限元法。最近几十年来，很多学者对杆系结构的非线性大挠度理论和初始后屈曲理论作了大量研究工作，同时考虑了几何非线性和物理非线性的结构极限承载力的研究取得了很多成果，并在工程中得到应用。

稳定问题是研究结构或构件在荷载和其他作用的影响下处于的某种平衡状态是否稳定的问题。钢结构的失稳现象是多种多样的，就其性质而言，可以分为平衡分岔失稳、极值点失稳、跃越失稳三类。钢结构稳定问题的计算方法有平衡法、能量法、动力法、有限元法四种。

几何非线性理论中，T.L列式和U.L列式是拉格朗日关于参照描述和相关描述的方法。理论上讲，这两种方法均可用于各种几何非线性分析，拉格朗日列式适用于各种大位移、中等转角和小应变等几何非线性问题，其中U.L列式还适用非线性大应变分析、弹塑性徐变分析，可以追踪变形过程的应力变化。

本文在对临时支架结构进行第二类稳定分析时采用Von Mises屈服准则与各向同性强化模型。

1.5工程背景

跨济兖公路特大桥2-96m简支钢箱拱梁组合桥，是京沪高速铁路的重点控制工程。简支钢箱拱梁组合桥的设计由于受桥下公路净高和引入济南站线路坡度的控制，桥梁结构高度受到了严格限制，因此设计采用下承式简支钢箱拱梁组合桥。由于是一次建成并行四线，结合本钢桥结构形式，在国内尚属首例，建成后将成为济南西大门的景观桥。

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本桥结构体系分为钢箱拱、钢箱梁、拱肋横撑、吊杆索及锚点构造、两端支座、两端横向限位装置及现浇混凝土桥面板。计算跨径96m,钢箱梁长98m，桥面总宽25.7m，两主拱间中心距11.68m。主拱采用变截面钢箱拱，矢高19.2米，跨径96m，矢跨比1：5，两主拱间中心距11.68m，拱脚处与主梁固结。两拱肋通过5道钢箱横撑连接，共分为11 个节段，其中包括拱脚段、标准段（K撑段、一字撑段及无横撑段）、合拢段（拱顶段）。吊杆索水平投影间距为5m。

拱肋理论拱轴线采用二次抛物线，实际拱轴线以折代曲，两折线交点为吊索中心线与理论拱轴线交点，折线间采用圆弧过渡。拱肋吊索处拱高线为两折线间的角平分线，吊索处拱高按此处距拱顶理论拱轴线长度与1/2理论拱轴线长度的比值内插计算，吊索处拱高、拱高线与拱轴线夹角确定后，取拱高线上下端点的连线从而确定拱段形状。

拱肋箱型截面顶、底腹板板厚均为32mm，箱宽1200mm，高度由跨中处2800mm变化至拱脚处5500mm。顶板与底板均设置两道加劲肋，间距600mm。腹板则由腹板中心往两侧按700 mm间距布置。腹板加劲肋与段内实际拱轴线平行布置，折线间距用圆弧过渡。

主梁采用梁高3m等截面单箱九室截面，顶面宽度25.7m，底宽22.5m，桥面采用正交异性桥面板构造。每一纵向节段均设置两道横肋，一道吊杆索锚固用隔板。拱脚段钢梁纵向长度为11.5m，横向分为5段。

正交异性板由16mm的桥面板，纵向“U-肋”、横隔板及横肋组成。“U-肋”间距600mm，板厚8mm。无列车荷载作用的箱室及翼缘桥面板由板肋加劲。拱脚段拱肋对应箱室顶板厚度为32mm。

箱室内共设置10道腹板，其中每线中心线处均设置一道腹板，标准段主梁腹板厚度为16 mm，每道腹板单侧均设置两道板肋加劲。拱脚段对应拱肋的四道腹板厚度为40mm。标准段底板板厚为16 mm，设置板肋加劲。拱脚段除拱肋对应箱室底板厚度为32mm外，其余部分板厚为16 mm。箱室内拱肋间距1600 mm，横肋与横隔板间距为1700 mm。横肋及横隔板板厚为16 mm，支点处横隔板板厚32mm。两拱肋间共设置五道箱型横撑，其中两道K撑，三道一字撑，一字撑断面尺寸为1420×1500 mm，K撑斜腿截面为1378×420 mm，一字腿截面为1420×1500 mm。

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