索-悬链线拱联合结构的受力机理与力学特征

• Published in: 华南理工大学学报（自然科学版） Vol. 52; no. 8; pp. 89 - 102
• Main Authors: 郝天之, 李春华, 杨涛, 龙夏毅, 邓年春
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 广西北投交通养护科技集团有限公司,广西 南宁 530022%广西大学 土木建筑工程学院,广西 南宁 530004%广西北投交通养护科技集团有限公司,广西 南宁 530022 01.08.2024; 广西大学 土木建筑工程学院,广西 南宁 530004
• Subjects: 拱桥加固; cable-arch combined action; 解析解; analytical solution; arch bridge reinforcement; catenary arch; 索-拱联合作用; 内力影响线; arch-axis coefficient; 悬链线拱; rise-span ratio; internal force influence line; 拱轴系数; 矢跨比
• ISSN: 1000-565X
• DOI: 10.12141/j.issn.1000-565X.230566

U441%TU31; 早期拱桥已运营多年,缺乏有效的养护,且设计荷载等级偏低;随着交通量的增加及车辆超载,其在活载作用下的力学性能已不能满足现代交通需求.为改善此类拱桥的受力性能,提出一种索-悬链线拱联合结构,在拱肋两侧对称设置索,使索和拱肋形成新的受力体系,从而改变悬链线拱结构的传力路径,进而降低拱结构的内力.在索-拱联合结构图式下,基于弹性中心法对其力法方程进行简化,采用近似曲线积分方法推导了竖向移动荷载作用下拱肋的内力解析解,并借助ANSYS有限元软件验证解析解的准确性;分析了在车道荷载作用下索约束位置、拱轴系数、矢跨比和轴向刚度比等设计参数对拱结构的影响,揭示了索-拱联合结构的受力机理和内力变化规律.研究表明,内力解析解与有限元结果的相对误差在1%以内;索的设置改变了拱结构弯矩影响线量值的正、负区间分布,而且有效地降低了拱结构弯矩影响线的峰值,从而使拱结构的整体弯矩得到较大幅度的降低,弯矩分布更均匀;沿拱脚至拱顶,拱结构弯矩的降低幅度和轴力的增长幅度均逐渐减小;轴向刚度比从0.02增加至0.10,拱脚负弯矩的减小幅度呈非线性增大,最大降幅达63.7%;索力的增长幅度与其数值大小成反比,当索设置在距拱顶0.3L(L为拱跨经)时,索力可增至轴向刚度比为0.02时的1.9倍.矢跨比对拱结构内力带来的影响不容忽视,矢跨比越大拱结构的内力变化幅度越大;拱轴系数对拱结构内力的影响可以忽略.