下承式拱桥系杆断裂数量计算方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种下承式拱桥系杆断裂数量计算方法。

背景技术

拉索系杆拱桥的吊索和系杆索，构件截面小、应力幅高、疲劳问题突出、耐腐蚀性能弱，在各种因素作用下，易发生锈蚀、断丝等现象，导致抗力下降，甚至破断。此外，施工质量与事故、超重车辆行驶、桥梁上可能发生的偶然事故等，也是造成断索的一个重要原因。

拉索系杆拱桥中的系杆一旦破断，主拱的水平推力大部分要转至下部结构与基础承担。同时，主拱拱脚将可能产生较大的水平变位，导致主拱承受很大的附加弯矩，从而引发剩余结构构件破坏。

吴庆雄等对一座下承式刚架系杆拱桥开展了吊杆断裂动力分析，采用ANSYS/LS-DYNA软件以接触—碰撞的方式，模拟吊杆断裂的动力冲击效应，分别对一对短吊杆和一对长吊杆破断下的全桥受力状态进行了分析。

研究表明，吊杆断裂过程中，与发生断裂的吊杆相邻的吊杆受到的冲击作用最为显著，吊杆断裂对纵梁产生的影响可能导致桥道系局部坍塌，但吊杆断裂对钢管混凝土拱肋内力影响较小。

余印根采用移除构件法对中、下承式拱桥进行了断索动力分析。研究表明，不同位置的吊杆中，短吊杆破断引起剩余结构的动力响应最大。剩余吊杆索力以破断吊杆相邻的吊杆最为不利；加劲纵梁内力，以破断吊杆处截面的正弯矩、破断吊杆相邻的较短吊杆处截面负弯矩和剪力最为不利；拱肋在破断吊杆侧拱脚截面处应力变化最大；剩余结构构件中，加劲纵梁对吊杆破断最为敏感。

对于拉索系杆拱桥中的系杆断索效应的研究目前还相对较少。符晶华等对某下承式系杆无铰拱桥进行有限元分析，结果显示，某一根系杆断裂对结构内力影响不大，而3根系杆同时断裂，对拱桥的健康状况影响很大，严重影响桥梁的正常安全使用。林超伟对重庆菜园坝长江大桥永久荷载作用下系杆损伤时引起的桥梁结构受力和变形的规律进行了研究，结果表明，仅发生损伤系杆因截面的损失而导致索力显著减小，而剩余系杆索力、钢桁梁、拱的内力变化均不明显。

朱劲松等针对一座中承式刚架系杆拱桥，考虑上、下游均损失一半系杆的不利情况，计算结构完好状态与局部损伤状态下的荷载-位移曲线，并引入冗余度指标，来分析不同的局部破坏模式下桥梁结构承载能力与正常使用的受影响程度，结果表明，系杆断裂对弹性阶段的桥面系刚度影响较小，而对进入弹塑性阶段的桥面系刚度影响较大，导致拱肋跨中挠度显著增大。

因此，现在急需一种计算方法，为了更方便高效地计算下承式拱桥在施工和运营过程中可能出现系杆断裂的情况时系杆断裂数量。

发明内容

本发明提供一种下承式拱桥系杆断裂数量计算方法，通过设计水平推力的计算结果，以及系杆材料抗拉强度、单侧系杆根数和单根系杆面积，即可方便、快捷地计算出可能会发生的系杆断裂根数下限值，从而为下承式拱桥的系杆设计计算、安全运营和维修养护，提供有力的参考，具有重要的研究与应用意义。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：下承式拱桥系杆断裂数量计算方法，分为单侧系杆断裂和两侧系杆同时断裂两种工况，分别为以下计算方法，

单侧系杆断裂工况下，系杆断裂数量计算方法：

由下承式系杆拱桥结构平衡条件可得：

双侧系杆同时断裂工况下，系杆断裂数量计算方法：

由下承式系杆拱桥结构平衡条件可得：

其中，

n

n为单侧系杆总数；

H

σ

A

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。

下承式拱桥系杆断裂数量计算方法，包括以下步骤：

步骤1：根据下承式拱桥的设计计算结果，得到下承式拱桥的单侧设计水平推力H

步骤2：根据设计结果，得到下承式拱桥的单侧系杆总数n、系杆材料抗拉强度σ

步骤3：分单侧系杆断裂和双侧系杆同时断裂两种工况分别进行考虑。当发生单侧系杆断裂时，单侧系杆断裂数量n

上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。