浅谈中承式提篮拱上部结构的计算
关键词：MIDAS，CIVIL，中承式提篮拱，怡宾桥
1、 工程概况
怡宾桥是跨越竹排冲流域的一座大桥，桥位位于K4+822.90河道处。怡宾桥位于怡宾路上，起点桩号为K0+420.858，中点桩号为K0+456.858，终点桩号为K0+492.858，桥梁全长72m，净跨55m，净矢高13.75m。该桥为一座钢筋混凝土中承式提篮拱桥。上部结构采用钢筋混凝土箱型拱、预应力混凝土吊杆横梁、钢筋混凝土拱间横梁和立柱横梁、钢筋混凝土纵梁。下部结构采用重力式U型桥台，沉井基础。
2、 计算荷载参数
(1)恒载
混凝土容重：26.00kN/m3
二期恒载：(0.08×16.25×23+0.06×26×16.25+7.5×2)=70.25kN/m
(2)活载
汽车荷载：公路—II级人群荷载：3.0kN/m2
(3)拱脚不均匀沉降5mm，水平强迫位移（水平向位移）2.5mm
(4)温度荷载：主梁桥面板按规范的梯度温度取A=300mm,T1=25℃,T2=6.1℃，体系升温±25℃
3、计算参数及计算模型
本桥计算采用MIDAS6.71，具体单元划分见下图所示。桥面系采用预制T型梁和π型梁，在模型中用梁单元模拟，由于软件自身的截面数据中没有π型截面，在模拟的时候采用软件自带的截面特征值计算器将截面做成数据截面，在模型中显示为淡黄色的线。吊杆单元采用桁架单元进行模拟，横梁和拱圈都采用梁单元模拟。现给出主要施工阶段及成桥状态结构模型：
4、荷载组合
按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)中规定的承载能力极限状态和正常使用极限状态作用短期效应组合和长期作用效应组合。
各项组合如下:
(1)承载能力极限状态组合：
cLCB1：0.5•拱脚水平强迫位移（水平向位移）+0.5•支座沉降+1.2•恒荷载+1.2•钢束二次+徐变二次+收缩二次
cLCB2：0.5•拱脚水平强迫位移（水平向位移）+0.5•支座沉降+1.2•恒荷载+1.2•钢束二次+徐变二次+收缩二次+1.4•活载
cLCB3：0.5•拱脚水平强迫位移（水平向位移）+0.5•支座沉降+1.2•恒荷载+1.2•钢束二次+徐变二次+收缩二次+1.4•系统温变+1.4•温度梯度
cLCB4：0.5•拱脚水平强迫位移（水平向位移）+0.5•支座沉降+1.2•恒荷载+1.2•钢束二次+徐变二次+收缩二次+1.4•活载+1.12•系统温变+1.12•温度梯度
cLCB5：0.5•拱脚水平强迫位移（水平向位移）+0.5•支座沉降+恒荷载+钢束二次+徐变二次+收缩二次
cLCB6：0.5•拱脚水平强迫位移（水平向位移）+0.5•支座沉降+恒荷载+钢束二次+徐变二次+收缩二次+1.4•活载
cLCB7：0.5•拱脚水平强迫位移（水平向位移）+0.5•支座沉降+恒荷载+钢束二次+徐变二次+收缩二次+1.4•系统温变+1.4•温度梯度
cLCB8：0.5•拱脚水平强迫位移（水平向位移）+0.5•支座沉降+恒荷载+钢束二次+徐变二次+收缩二次+1.4•活载+1.12•系统温变+1.12•温度梯度
组合cLCB4为承载能力极限状态最不利组合
(2)正常使用能力极限状态组合：
cLCB9：拱脚水平强迫位移（水平向位移）+支座沉降+恒荷载+钢束一次+钢束二次+徐变二次+收缩二次
cLCB10：拱脚水平强迫位移（水平向位移）+支座沉降+恒荷载+钢束一次+钢束二次+徐变二次+收缩二次+0.6499•活载+系统温变+0.8•温度梯度
cLCB11：拱脚水平强迫位移（水平向位移）+支座沉降+恒荷载+钢束一次+钢束二次+徐变二次+收缩二次+0.3714•活载+系统温变+0.8•温度梯度
组合cLCB10为正常使用极限状态最不利组合。
（3）标准组合：
cLCB12：拱脚水平强迫位移（水平向位移）+支座沉降+恒荷载+钢束一次+钢束二次+徐变二次+收缩二次+活载+系统温变+温度梯度
5、吊杆计算成果
吊杆的最大内力图(单位kN)
以下为吊杆承载能力极限状态和正常使用极限状态下的最大内力图以及标准荷载下的吊杆内力图。
由以上的图片中可以看得出，吊杆的最大拉力为1262kN，采用PES7-73吊索，其极限强度为4692kN，吊索的安全系数为3.72，满足设计要求。
6、主拱计算分析
6.1结构支承反力（Fz，单位：kN）
以下为承载能力极限状态和正常使用极限状态的最大支承反力图以及标准组合下的支承反力图。
6.2结构弯矩图（My，单位：kN•m）
以下为主拱圈承载能力极限状态和正常使用极限状态的最大内力图以及标准组合下的内力图。
由MIDAS的内力计算结果，对拱脚、拱圈L/8、拱圈L/4、拱圈L/2处进行承载能力极限状态和正常使用极限状态下的承载能力和裂缝的验算均符合规范要求。
7、结论
经过多种软件计算对比和施工中的测量，采用MIDASCIVIL进行空间计算结构与实测值较为相合，进行整体空间计算还是有必要的。
参考文献：
1、桥梁工程（第2版）人民交通出版社
2、钢管混凝土拱桥（第二版）人民交通出版社
