刚架系杆拱是随着钢管混凝土拱桥在我国的应用而出现的川。与一般拱梁组合体系不同，刚架系杆拱的拱肋与桥墩固结，采用预应力钢纹线作为拉杆平衡拱的推力;拉杆独立于桥面系之外，不参与桥面系受力。由于刚架系杆拱把拱桥上下部以及基础连成一体，结构超静定次数较多，受力复杂。本文以西宁市北川河桥为例，通过建立钢管混凝土刚架系杆拱桥空间有限元模型，对主拱肋在施工阶段进行静力分析和稳定分析;对全桥在使用阶段进行静力分析、整体稳定分析和动力特性分析;并对系杆施加预应力的大小等若干问题进行了讨论。 验算规范为CECS28:90规范.JCJOl一89规范、DLGJ99一91规范[2-41北川河桥是位于青海省西宁市的中承式钢管混凝土刚架系杆拱桥，上部结构是净跨90m的钢管混凝土析拱，矢跨比1/8，拱轴线为悬链线，m=1.167，主拱圈采用4根。650 xl Omm钢管和0250 x 8mm的直、斜腹杆组成高3. Om，宽1.5m的析式拱肋，钢管内灌筑C50混凝土;吊杆采用12705高强碳素钢丝;横梁采用预应力混凝土变截面工字梁，间距5m;系杆选用455高强钢丝束，锚固在两端拱脚处。桥面以上设三道横撑。以加强拱桥整体性和稳定性。下部结构采用群桩承台式桥台钻孔灌注桩基础，桩径为1.2mo 一、有限元计算模型 本文采用美国ANSYS公司的大型结构分析通用程序，建立空间有限元计算模型。在有限元模型中，使用了三种单元类型对该桥的拱肋、吊杆、桥面系进行建模，它们分别是三维弹性梁单元(BEAM4 )，三维弹性杆单元(LINKIO)，三维板壳单元(SHELL41);全桥模型见图1所示。根据设计图纸，吊杆与拱肋和横梁铰接，拱肋两端与承台固接，桥面系在两端与高架桥铰接。 作用在系杆上的预应力是当作外荷载，按设计要求，分级施加在桥台相应位置处;活载计算时，将活载直接加在桥面板单元上，由程序自动分配到各吊杆处。 二、施工阶段的稳定分析 一般认为，钢管混凝土拱桥在施工时要注意如下要点: 1.成拱后的拱轴状态(轴线长度、标高等)主要取决预制构件状态。 2.拱肋形成前，结构呈多铰状态，横向稳定性较差，因此合拢过程中要注重主拱圈的变形与稳定分析。 3.合理的施工加载程序应使主拱肋在施工工程中有较均匀的内力分布，保证其强度和稳定性满足要求，并使施工阶段的荷载不控制设计。 根据现场实际情况，该桥拱肋架设在方案确定为:利用北川河旧桥架设临地支墩，分三段吊装钢管骨架，形成空钢管的拱肋析架承受自身恒载。拱脚处封铰后形成无铰拱，然后开始分管、分段浇筑管内混凝土。在浇筑第一根 管内混凝土时，钢管承受钢管自重以及混凝土自重产生的应力;浇筑第二根管内混凝土时，除了空钢管外，第一根已形成钢管混凝土组合截面，管内混凝土开始参与受力;依此类推。 计算过程中，若该阶段管内混凝土未达到强度要求，则混凝土仅作为荷载作用;当该阶段混凝土凝固达到强度要求时，则将截面特性相应改变成钢管混凝土组合截面特性，依次类 推。 为了比较不同混凝土浇筑顺序的稳定状况，本文分别计算了二种管内浇筑混凝土的浇筑顺序:方案一为1,2,3,4;方案二浇筑顺序为3,4,1,2经过施工阶段稳定分析，得到如下结1 、/ 、少二 工I L .. -厂人2代、论: 1.钢管拱肋内混凝土浇筑顺序对该桥施工的稳定影响不大，可以采用任意一种浇注顺序施工。 2.施工阶段各工况稳定系数均在25以上，拱肋的整体稳定性较好。3.钢管拱肋的几何非线性影响较小，可以不予考虑。 4.该桥在施工阶段的压应力为23. 3MPa，满足规范要求;计算结果同时表明浇筑过程中各种材料都不出现应力屈服现象。 311三、使用阶段的受力分析 1.使用阶段的截面内力验算 使用阶段的截面内力验算按照如下方法进行:首先根据有限元计算结果，得出各工况下卜「弦杆的内力，然后再折算成各拱肋截面的内力;根据规范进行内力组合。取用组合Q拱肋单肢钢管混凝土拱脚截面内力为验算值:从= 6897 . 4kN ,从二一6766kN " meo=6766/6897.4=0.981m eo/h=0.41743<eb=0.9480偏心率对钢管混凝土承载力影响的修正系数为:"pp=1 (1)按CEC.428 : 90规范进行验算:单肢承载力N=TI W,No“11156.4kN>凡 (2)按JCJOI一89规范验算:单肢承载力N=州I;A,+Kf,A)二21299.48kN>凡 (3)按DI.GJ99一91验算:单肢承载力N=w(九4y)=18039.96kN>凡 计算表明，使用阶段各工况下控制截面的内力验算满足规范要求。
