第５期
周 德，等：高速铁路卜．承式钢箱系杆拱结合桥的受力分析
１４５９
载进行补载。其主要原因是：在自重作用下，为保证 模型和实桥应力一致，模型材料容重应为实桥的８倍，
和６以及两侧腹板中点ｃ和巩在这４个测点中，上、 下翼缘中点口和６的应力之差反映怪向弯曲，而两侧
这实际上不可能做到，因此，采取了补载措施【９】。 ２．２加载方法
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本文作者根据武广客运专线某１４０ ｍ下承式钢箱系杆
拱结合桥，设计制作了１个比例尺为１：８的全桥缩尺
模型，对其进行静力试验研究，并结合有限元分析对
结构的受力特性进行分析。
１ 下承式系杆拱结合桥试验模型
试验模型跨度为１７．５ ｍ，矢跨比为ｌ／４．６７，拱肋 中心距为２ ｍ，拱轴线型采用二次抛物线；拱肋结构 采用双肋平行变截面钢箱，钢箱截面宽为０．２５ ｍ，拱 脚处高为０．５６２ ５ ｍ，拱项处高为０．３７５ ｍ，中间截面 高按内线直插；系梁也为钢箱截面，高为０．４３７ ５ ｍ， 宽为０．２５ ｍ；全桥设１８个节间，长度布置为（２× Ｏ．８７５＋１４×１．０＋２×０．８７５）ｍ；桥面系采用混凝土板与 纵横梁全结合体系，不与系梁结合；设４片“Ｉ”字型 纵梁，每线设２片，外纵梁间距为１．Ｏ ｍ，内纵梁间距 为Ｏ．２５ ｍ；横梁采用箱型梁，高均为Ｏ．２５ ｍ，端横梁
实桥所受荷载为均布荷载。试验加载时，按荷载 等效原则，选择在纵梁上方混凝土板施加等效集中荷 载来替代。模型每节间４根纵梁，每根纵梁上方设２ 个加载点（２个加载点之间的距离为节间长度的０．４２
腹板中点ｃ和ｄ的应力之差则反映面外弯曲，由这４
个测点的应力经换算可得到截面上任意点的应力：对
于“Ｉ”形截面钢构件（包括纵梁和吊杆），应变片只布
试验时，位移采用百分表测量，应力则通过测量 应变经换算得到。采用电测对应变进行测量，即在结 构上贴应变片，由ＤＨ３８１８和ＤＨ３８１６应变采集仪采 集应变数据，并直接输入计算机中进行转换。应变片 的布置如图３所示，对于箱形截面钢构件（包括拱肋、 系梁、横梁和横撑），应变片布置在上、下翼缘中点口
３．１计算软件及分析模型的建立 根据试验模型结构尺寸，采用通用有限元软件包
关键词：高速铁路；下承式系杆拱桥；桥面；有限元；模型试验
中图分类号：Ｕ４４８．２２
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２—７２０７（２００９）０５一１４５７－０８
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ Ｏｆ ｔｈｒＯｕｇｈ ｔｉｅｄ—ａｒｃｈ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｒｉｄｇｅ ０ｎ
ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ
摘要：为了了解下承式系杆拱结合桥的受力性能，根据武广客运专线某１４０ ｍ下承式钢箱系杆拱结合桥，设计
制作１个比例尺为１：８的全桥试验模型，并对桥梁在全桥均布、半桥均布、全桥偏载、半桥偏载和超载共５种工
况进行加载试验和分析。研究结果表明：在均布荷载作用下，半桥加载方式引起的竖向挠度约为全桥加载时的２
倍；在偏载作用时，重载侧与轻载侧竖向挠度之比小于它们的荷载之比；在受力上，拱肋、系梁和纵梁的半桥均
置在上、下翼缘中点ｄ和６；混凝土应变片则主要布
置在顶板。对工况５进行超载试验时，采用数字显微
镜观测混凝土裂缝宽度。
：
倍），每节间共８个加载点并共用１个千斤顶加载。千
斤顶置于分配梁上，另一端顶住反力梁，反力梁通过 钢绞线锚固在地锚梁上，地锚梁通过锚杆锚在地槽中。
千斤项下的桥面荷载分配装置采用３层分配梁，千斤 顶所施加的荷载通过分配梁传递到纵梁上方的加载
其中，一期恒载补载３２．１蝌／ｍ，二期恒载为２３．１
ｋＮ／ｍ，１．５倍双线全桥满布ＺＫ活载为２９．５５ ｋＮ／ｍ。 对于工况５，为了模拟实桥受力状态，在一期恒
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万方数据
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单位：ｍ 图１下承式系杆拱结合桥试验模型 Ｔｃｓｔ ｎＩｏｄｃｌ ｏｆ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｉｅｄ—ａｒｃｈ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｒｉｄｇｅ
２试验荷载的施加和测试方法
２．１加载工况 为研究桥梁在不同荷载作用下的受力特性，同时
检验结构在运营阶段能否满足高速铁路桥梁的功能要 求，在考虑加载能力与试验条件等因素后，确定５种 试验工况：
ａ．工况ｌ：全桥均布，按５０ｋＮ／ｍ加载。 ｂ．工况２：半桥均布，按５０ｋＮ／ｍ加载。 ｃ．工况３：全桥偏载，按５０ ｋＮ／ｍ加载。其中： 纵梁１和２按３０．４５ ｋＮ／ｍ加载，纵梁３和４按１９．５５ ｋＮ／ｍ加载。 ｄ．工况４：半桥偏载，按５０Ｉ洲／ｍ加载，加载方 式与工况３的相同，但只在左半桥加载。 ｅ．工况５：全桥均布，超载，按８４．７５ｋＮ／ｍ加载，
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宽为０．２５ ｍ，辅助横梁（即横梁２）宽为０．１８７ ５ ｍ，其 他中间横梁宽都为０．１ ｍ，共计１９根：混凝土板宽为 １．６７５ ｍ，厚为４ ｃｍ，板边与系梁之间相隔０．０３７ ５ ｍ； 板中采用高配筋，纵向钢筋布置间距为８ ｃｍ。采用直 径为１２ ｍｍ的带肋螺纹钢，共计２０根，配筋率约为 ３．４％；栓钉直径为１３ ｍｍ，长为４ ｃｍ，按要求布置在 纵横梁上翼缘；全桥设２×１５根“Ｉ”字型刚性吊杆， ５道箱型粱横撑。模型材料钢构件均采用１６Ｍｎｑ钢， 混凝土标号为Ｃ５０。图１所示为试验模型。
收稿日期：２００８∞９－２９；修回日期：２００９一ｏｌ—０９
基 通金 信项作目者：：铁周道德部（１科９８技０一研）究，开男发，计江划西项萍目乡（人２０，０５博ｋ０上０２研·究ｃ－２生），从事桥梁结构分析理论与极限承载力研究：电话：０７３１．８５“１９５７；Ｂｍｉｌ：ｊｏｄ”蜘．锄
万方数据
１４５８
ＡＮＳＹＳ建立空间力学模型，如图４所示。模型中，拱
肋采用３节点空间曲梁单元ｂｅ锄１８９，系梁、纵、横 粱、横撑和吊杆则采用空间直梁单元ｂｅ锄４４，混凝土
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第４０卷第５期 ２００９年ｌＯ月
中南大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＣｅｎｔｒａＩ Ｓｏｕｔｈ ＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙ（Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ７ｒｅｃｈｎｏＩｏｇｙ）
、，０１．４０ Ｎｏ．５ Ｏｄ．２００９
高速铁路下承式钢箱系杆拱结合桥的受力分析
周德，叶梅新，罗如登
（中南大学土木建筑学院，湖南长沙，４１００７５）
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中南大学学报（自然科学版）
第４０卷
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下承式系杆拱桥造型优美，跨越能力大，采用钢
：与混凝土结合桥面后，与混凝土梁桥相比，具有建筑