中承式蝶形拱桥拱脚有限元分析

中承式蝶形拱桥拱脚有限元分析

曹方圆，高伟东，孙楠，李伟

中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津，300381

摘要：拱桥由于其跨越能力强、造型优美越来越多的应用于城市桥梁建设中，拱脚受力复杂，通过全桥模型分析难以得到实际受力结果，本文结合实际工程采用Midas FEA软件建立有限元计算模型，对拱脚进行局部分析，为其他工程提供借鉴思路。

关键词：中承式拱桥；拱脚；局部分析；

0引言

随着我国基础建设事业发展，人们对桥梁景观效果提出了更高要求。桥梁作为河上建筑，是彰显一座城市文化，体现一座城市内涵的表现，拱桥以其独特的空间线条造型受到设计师青睐。拱脚作为重要传力结构，有必要单独进行受力分析，对于保障结构安全意义重大。本文以某跨松花江桥梁工程为例，建立有限元计算模型，对拱脚结构设计合理性进行分析验证。

1  工程概况

主桥跨径布置为3x35+2x100+3x35m，其中通航主孔采用2x100m中承式钢拱桥，对称设置4片拱肋，其中外侧拱向外倾斜26°，斜向拱高37m，矢跨比1:2.7，内侧拱向外倾斜12°，斜向拱高28m，矢跨比1:3.57。拱脚为混凝土结构内包钢拱肋，采用C50混凝土。

主桥效果图

2有限元模型分析

1.1有限元模型

取主桥中墩处拱脚进行计算，采用1/2中墩进行建模分析，墩柱底面采用固结约束，1/2横桥处采用对称面约束。

拱脚计算位置及有限元模型图

2.2荷载

选择拱脚与墩台交接位置My最大组合，提取钢内拱和外拱与拱脚交接处单元节点内力，如下：

牛腿处支座反力-3784kN。

2.3计算结果

①拱脚根部顶面不出现拉应力，拱脚根部底面压应力最大8.3MPa。

②拱脚根部顶面不出现拉应力，墩台顶面产生的拉应力最大0.8 MPa，拱脚根部底面压应力最大5.1MPa。

③拱脚根部顶面产生0.68 MPa拉应力，墩台顶面产生最大拉应力为1.17MPa。

④拱脚根部底面产生最大压应力为13.7MPa。

主拉应力（MPa）                       主压应力（MPa）

2.3计算结论

钢束张拉应力采用1302MPa，标准组合下：

主拉应力，拱脚根部顶面产生0.68MPa拉应力<0.5ftk=1.325MPa，满足要求；

主压应力，拱脚根部底面产生13.7MPa压应力<0.6fck=19.44MPa，满足要求；

纵桥向正应力，拱脚根部不产生拉应力<0.7ftk=1.855MPa，压应力8.3MPa<0.5fck

=16.2MPa，满足要求；

横桥向正应力，拱脚根部顶面不产生拉应力，墩台顶面产生拉应力0.8MPa<0.7ftk

=1.855MPa，拱脚根部底面压应力5.1MPa<0.5fck=16.2MPa，满足要求。

3结语

通过采用有限元软件进行局部分析，拱脚在设计荷载作用下应力满足设计安全要求。应力主要集中在拱脚-拱座结合处，对于应力集中处，如有条件设计时应对局部区域进行结构加强，工程施工时严控施工质量，以保证结构整体安全。

参考文献：

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