鋼管混凝土系桿拱橋分析要點說明

123系桿拱橋通過在系梁內施加預拉力，抵消拱肋推力，使橋墩（臺）無需承受推力，可以像梁橋一般修建橋墩（臺），解決了平原地區(qū)拱橋出現(xiàn)的問題。拱肋與系桿截面剛度比在

80-100

時，忽略系桿承受的彎矩，只承受軸力，稱為柔性系桿剛性拱。拱肋與系桿截面剛度比在

0-1/80之間時，拱肋只承受壓力，不承受彎矩，稱為剛性系桿柔性拱。拱肋與系桿截面剛度比在

1/80-80，系桿與拱肋共同承受彎矩，稱為剛性系桿剛性拱。飛燕式系桿拱中承式推力拱下承式剛架系桿拱下承式系桿拱某大橋采用下承式鋼管混凝土簡支系桿拱橋，拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土，橫向兩片平行拱肋，主跨為100m，設置5道風撐。拱軸線為拋物線，矢跨比1/5，計算失高20m。主拱、風撐主要受力構件Q345qC型鋼材，主拱管內壓注C50微膨脹混凝土。主橋采用38根吊桿，吊桿間距4.9m，采用GJ鋼絞線整束擠壓式拉索體系，采用分批間隔式對稱張拉。系桿采用預應力混凝土結構，矩形空心截面，縱梁高240cm，寬180cm，預應力采用φ15.2mm高強度低松弛鋼絞線。施工方法：先梁后拱，梁采用支架現(xiàn)澆。011.啞鈴型聯(lián)合截面的建立單管鋼管混凝土主拱啞鈴型鋼管混凝土主拱桁架式鋼管混凝土主拱L≤80mL≤150mL≤300m單個單元單個單元多個單元導入截面組合梁截面（梁）聯(lián)合截面組合截面（柱）—組合材料拼接截面—截面特性用戶定義剛性鏈接雙單元法重合單元導入聯(lián)合截面的建立Plane類型line類型12345678910聯(lián)合截面開始激活時的

施工階段對應施工階段激活的單

元編號選擇聯(lián)合截面材料類型：按單元默認材料/重新賦予材料截面各部分激活階段理論厚度聯(lián)合前剛度聯(lián)合后剛度11說明：Plane法截面在計算截面特性時采用的有限應力積分法，計算時截面網格尺寸的劃分對結果會產生影響，對于薄壁截面建議網格尺寸為最薄壁厚的1/2。Line法是通過簡化公式計算截面特性，與網格尺寸無關，計算速度也快，需要指定壁厚，但在SPC中無法得到剪切面積，也就無法計算剪應力。鋼管為line變截面鋼管為plane變截面注意：line類型在SPC中無法得到剪切面積，也就無法計算剪應力，同時抗扭慣性矩計算錯誤。解決方案：抗扭慣性矩可通過在SPC中指定閉合環(huán)的形式計算line截面的抗扭慣矩。將line截面單獨導入Civil，采用“FEM”

法重新計算，得到剪切面積。說明：Line法是通過簡化公式計算截面特性，而FEM采用的是有限單元法，通過積分計算截面參數(shù)。面生成錯誤正確的效果說明：按照完整圓（曲線圓）在cad建立模型時，由于cad和SPC

兩個程序在曲線捕捉精度上存在區(qū)別，

會造成Plane截面無法真實模擬鋼管內部空心的情況。解決方案：使用SPC中Curve>Split命令對每條曲線進行分割成多段直線。在CAD里就采用內或外切多邊形的方法，來擬合曲線圓，直接CAD中變?yōu)槎喽沃本€。在CAD里將全部圓換成2個半圓，然后直接導入SPC。12說明：通過“

數(shù)據(jù)庫/

用戶”“

數(shù)值”“

型鋼組合”“設計截面”建立的截面形式，可以定義任意形式的組合截面。但需要輸入各子截面的剛度，疊合剛度可自動計算。注意：用戶聯(lián)合截面需手動進行各個獨立截面的拼裝，各個界面的位置關系為各個截面形心的位置關系?？砂醋鴺嗽c位于part1形心處，進行其他截面形心坐標的輸入。截面無法顯示各個part的激活情況，只顯示單元賦予截面形狀，但該截面形狀只用于消隱不用于計算?！豆蜂摴芑炷凉皹蛟O計規(guī)范

JTG-T

D65-06-2015》編號比較項目標準截面一般截面用戶截面1是否需要手工輸入數(shù)據(jù)不需要不需要需要2是否顯示各階段截面的實際形狀基本能顯示顯示不顯示3是否限制截面形狀限制不限制不限制4子截面?zhèn)€數(shù)自帶2-3個不限制5建立過程難易度容易較容易稍繁瑣6是否支持變截面部分支持支持支持各種類型施工聯(lián)合截面對比變截面生成錯亂Plane變截面line變截面難點：帶有圓弧的截面程序處理的方法為以直代曲，因此截面控制點較多，很難保證變截面i、j端截面控制點完全對應。解決方案：使用plane截面生成鋼管，plane截面只要求截面形狀控制點相對應，

而line截面要求截面控制點一一對應。通過復制、拉伸、縮放等形式由一個截面繪出另一個截面，保證不打亂截面控制點順序。2.收縮徐變作用的考慮方法說明：鋼管混凝土主拱，不考慮混凝土的收縮作用。徐變作用可按截面均勻降溫15℃方式近似模擬?！豆蜂摴芑炷凉皹蛟O計規(guī)范

JTG-T

D65-06-2015》說明：鋼管混凝土由于屬于密閉環(huán)境，

其收縮徐變效應小于常規(guī)混凝土梁。也保守可按D62規(guī)范單獨計算混凝土的徐變作用。單獨考慮單元的徐變作用3.溫度作用的施加《公路鋼管混凝土拱橋設計規(guī)范

JTG-T

D65-06-2015》說明：不考慮鋼管與混凝土之間的溫度自應力，因此鋼管混凝土截面的線膨脹系數(shù)統(tǒng)一取為鋼材。單元溫度及系統(tǒng)溫度的計算，是基于單元材料的線膨脹系數(shù)計算?！豆蜂摴芑炷凉皹蛟O計規(guī)范

JTG-T

D65-06-2015》說明：由于組合截面膨脹系數(shù)按鋼材考慮，所以建議給組合截面單元賦予鋼材材料屬性。T2T2T2T1

T1

T1=

+

鋼管砼溫度梯度作用鋼管溫度作用砼溫度作用=+T1T2T1T2T2T1啞鈴截面溫度梯度思考：溫度梯度分層計算的目的是什么？什么時候不需要分層計算？021.基本概念斜拉橋主跨l：L≤250

桁架單元250＜L≤300

桁架/索單元300＜L

索單元桁架單元—小位移，拉壓均可

只受拉桁架—小位移，只受拉索單元—大位移，只受拉

系桿拱橋：

桁架單元桁架單元：荷載>預應力>初拉力索單元：無應力索長單元初拉力荷載>預應力>初拉力體內力：結構協(xié)調變形前的索力體外力：結構協(xié)調變形后的索力？2.成橋索力的確定吊桿索力原則在成橋狀態(tài)下，吊桿索力均勻，吊桿索力應當有一定的儲備，以便保證結構安全。拱肋原則拱肋主要承受壓力，充分發(fā)揮鋼管混凝土的抗壓作用，避免拱肋彎矩過大，減少應力過大，盡量避免拱肋混凝土出現(xiàn)拉應力。系梁原則在成橋恒載作用下，系梁線性控制在合理范圍內，以滿足橋面平順要求，系梁正負彎矩在要求范圍。彈性支撐連續(xù)梁法零位移法最小彎曲能法影響矩陣法對稱結構任意邊中跨比確定初始索力索力微調注意：對稱結構零位移法及彈性支撐連續(xù)梁法均能得到較理想的索力非對稱結構需借助最小彎曲能法（1）未知荷載系數(shù)法123說明：求解之前要進入到后處理。求解前給每一根索力單位初拉力。求解的索力結果以荷載組合的形式體現(xiàn)。（2）最小彎曲能法來自：斜拉橋索力優(yōu)化實用方法—梁鵬說明：拱橋建議將主拱、系桿、吊索軸向剛度放大10e4到10e5倍。平衡態(tài)的索力，即為結構彎曲能最小裝態(tài)的索力。最小彎曲能求解索力為體外力以體外力方式激活轉化為體內力（可用于微調）（2）索力微調說明：索力的張拉（或者荷載系數(shù)）可以利用輸入窗口或柱狀圖進行微調來確定最優(yōu)索力。索力微調功能本質是影響矩陣法的可視化方法。索力微調結果可以更新到荷載組合中，也可以更新到索力中。3.施工索力的確定斜拉橋常用的施工方法：1.一次落架法；2.懸臂法同時張拉：無需確定施工過程索力懸臂法：需確定施工過程索力倒拆法（無法考慮收縮徐變及非線性效應）未閉合配合力正裝(無法考慮收縮徐變）常用方法無應力狀態(tài)法(無法考慮收縮徐變）索力迭代（線性）正裝迭代法索長迭代（非線性）倒拆法思路：根據(jù)成橋目標，倒拆各個施工階段，進而確定每個施工階段的索力。缺點：收縮徐變過程不可逆，無法考慮收縮徐變的影響，使用受限。未閉合配合力正裝思路：將成橋索力體內力作為施工過程索力建立正裝模型，吊桿單元考慮未閉合配合力。缺點：由于設計成橋索力未包含收縮徐變效應，當考慮收縮徐變時導致與成橋索力不閉合。幫助文件：斜拉橋的正裝分析過程中，激活某根拉索階段，索兩端節(jié)點已經產生了前一個階段荷載引起的位移。為了安裝拉索單元，需要把前一階段變形的索兩端節(jié)點拉回原來位置，此時需要的張拉力稱為未閉合配合力。利用前一階段的索兩端節(jié)點投影到拉索x軸的張拉前后長度差來計算。正裝迭代法基本思路：

假定一組施工索力正裝，判斷成橋索力與目標索力的差值，重新調整施工索力進行正裝，直至結果收斂。缺點：操作較繁瑣優(yōu)點：可以考慮收縮徐變、幾何非線性效應。說明：本次培訓采用的正裝迭代法又稱為“差值法”，即利用目標索力與成橋索力的差值作為迭代索力的修正值。該方法操作簡單，

但個別結構收斂速度較慢。其他方法可

參

考

“

影

響

矩

陣法”“

最小二乘法”等。基本概念補充無應力狀態(tài)：不受力的初始狀態(tài)，包括無應力長度和無應力曲率斜拉索無應力索長合攏段無應力長度、無應力曲率未閉合配合力：將激活單元強制施加外力使其與已有單元長度匹配及曲率接順無應力狀態(tài)量的特點：無應力狀態(tài)量是結構本身的一個固有量，要改變單元的無應力長度和無應力曲率必須對構件單元的“外形”有實質的“物理”改變。無應力狀態(tài)法基本原理無應力狀態(tài)量：構件單元應力完全釋放后的幾何參數(shù)

（主要包括：長度、曲率、扭轉角等）分階段施工的橋梁結構的內力和位移由四個因素唯一確定：

K

P

L0

結構體系

、邊界條件、外荷載、無應力狀態(tài)量無應力狀態(tài)控制法原理一：一定的外荷載、結構體系、支承邊界條件、單元的無應力狀態(tài)量組成的結構，其對應的結構內力和位移是唯一的，與結構的形成過程無關。無應力狀態(tài)控制法原理二：結構單元的內力和位移隨著結構的加載、體系轉換和斜拉索的張拉而變化，斜拉索的無應力長度只有人為地調整才會發(fā)生變化；當荷載和結構體系一定時，斜拉索無應力長度的變化必然唯一地對應一個單元索力的變化。按無應力索長正裝的基本步驟：1.求解成橋索力（體內力）2.建立索單元模型，并施加初始索力。3.反算無應力索長。4.以無應力索長正裝。說明：索單元屬于非線性單元，施工階段需要進行施工階段非線性分析，成橋階段需要定義幾何非線性分析。索的分階段張拉：同一施工階段的索力，考慮施工過程的實際情況需要分階段張拉至階段目標索力，可采用體外力添加的方式。索的分批次張拉：對于滿堂支架施工的結構，將索力一次張拉至目標值，可能導致主梁過大的位移或者破壞，一般采用分兩批次張拉。二次調索基于一批次索力正裝迭代考慮施工過程的二次調索成橋目標施工過程03第一類穩(wěn)定（分支點失穩(wěn)）是一種理想狀態(tài)，將受壓構件看做無任何初始缺陷的狀態(tài)。特點是計算簡單，但偏不保守。l/2l/2P1<PcrΔ完善體系（理想體系）直桿（無初曲率）中心受壓（無初偏心）Pcr0第二類穩(wěn)定（極值點失穩(wěn)）考慮受壓構件的初始缺陷（材料或幾何等），一般需考慮材料或幾何非線性，特點是計算復雜，但更符合構件的實際狀態(tài)。

l/2l/2P1<PcrΔPcr

0非完善體系具有初曲率的壓桿承受偏心荷載的壓桿手算：歐拉公式：第一類穩(wěn)定電算：線性屈曲分析（特征值分析）結構穩(wěn)定分析方法手算：幾乎不可能第二類穩(wěn)定電算：非線性屈曲分析（幾何/材料非線性）一類穩(wěn)定1定義屈曲分析控制數(shù)據(jù)荷載系數(shù)——特征值僅考慮正值：只輸出荷載方向的特征值。搜索：只輸出定義范圍內的特征值。檢查斯圖姆序列：勾選該項可檢查任何丟失的屈服荷載系數(shù)，若存在，會在信息窗口給出報錯提示。分析結果輸出的特征值就是屈曲荷載系數(shù)屈曲荷載=不變荷載+屈曲荷載系數(shù)*可變荷載分析運行查看結果主菜單-結果-模態(tài)-振型-屈曲模態(tài)2屈曲荷載特征值大于1，說明結構在該荷載組合工況下不會發(fā)生線性屈曲。臨界荷載=不變荷載+特征值*可變荷載二類穩(wěn)定考慮結構幾何初始缺陷程序自動計算和更新初始缺陷查看第一屈曲模態(tài)圖中的屈曲向量最大的點，一般為拱頂位置。1非線性屈曲分析考慮結構幾何初始缺陷程序自動計算和更新初始缺陷

比例系數(shù)：初始缺陷最大值/屈