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1 # 禹州網談
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2 # 力學Nerd王小胖
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,我就利用有限元軟體,透過兩種結構的計算,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)。
為提高執行效率,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載入到了橋面上,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。
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。