反向拱的橋樑是如何受力的?

文明愛國請勿犬吠


反向拱橋樑的設計其實是不符合設計原則的,當然這種結構依然是符合力學原理的。下面,我就利用有限元軟件,通過兩種結構的計算,比較分析下反向拱橋樑的缺點。


1、橋樑模型

圖題主所給的圖,建立下圖所示的橋樑模型。橋樑跨度74m,寬2m,拱形半徑40m。為了模擬方便,把2個圓柱子變成扁平的柱子。

橋樑全部選用鋼材,彈性模量200GPa,泊松比0.3,密度7800kg/m3。為了避免熱脹冷縮引起的附加熱應力,橋樑一端採用固定鉸鏈,另一端採用滑動鉸鏈。橋樑受到自重及橋面車輛的作用50000Pa,假設車輛均勻分佈於橋面,如下兩圖(正拱與反拱)。

為提高運行效率,全部採用梁單元進行模擬。


2、結果對比

正拱與反拱地結果如下圖。正拱情況下,最大應力7.79e8Pa,而反拱情況下,最大應力8.64e8Pa,最大應力發生的位置都位於橋樑的兩端。反拱地應力更大,就表示這種結構更加不安全。

當路面載荷更大的時候(增大十倍),兩種情況下的圓弧段由於柱子的作用力,出現了扭曲。同樣,反拱情況應力分佈更加惡劣。

3、理論分析

上面的計算明確地反應了反拱橋樑結構的應力條件更加惡劣,結構更加不安全。原因就在於,反拱情況下,這個拱形和柱子的自重全部加載到了橋面上,增加了橋面的受力。柱子完全是處於拉伸的狀態,起不來支撐橋面的作用。

只有當反拱的這段拱形在施工的時候,存在內部受壓的預應力,那麼這些柱子才可以起到支撐的作用,如上圖所示。


4、總結

反拱設計會額外增加結構的應力,使得橋樑變得更加不安全。當然,並非反拱結構就不存在,只要增加危險點附近的結構尺寸,就可以避免這種結構的破壞。


力學Nerd王小胖


靠一條粗壯的懸帶受力,橋兩端的橋墩就像是兩個農夫挑著一根柔軟的扁擔,橋體的荷載沿著這條懸帶傳給橋墩,再傳到地面上。

設計隧洞式錨碇,在岸上打兩個錨洞,在錨洞的底部打一個橫洞將其串起來。相當於用一塊巨大的山體兜住了橋索。


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