系杆拱桥结构体系研究
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摘要
本文从介绍系杆拱桥的起源、发展过程、研究现状以及发展趋势出发，首先重点结合系杆、吊杆和拱肋等系杆拱桥的主要组成部分的不同布置形式，从力学的角度对系杆拱桥进行结构体系分类并分析不同结构体系系杆拱桥的力学特征，其中重点分析了横向联系对系杆拱桥横向稳定性的影响以及不同吊杆布置形式系杆拱桥的力学特征。
然后本文又以带纵梁的下承式系杆拱桥为例，在分析现有横梁内力计算方法的基础上，详细介绍了一种考虑变形协调原理的系杆拱桥横梁内力计算方法，并利用数学软件MATLAB编制了横梁内力分析的程序。经过实际算例分析，并与ANSYS程序空间计算结果对比，验证了该计算方法和计算程序具有准确和便于计算的优点，符合实际工程设计需要。
最后本文又结合桂林解放桥施工监控项目，对桥梁施工控制理论和方法等作了详细的研究，并具体参与完成了这座国内外首座采用上承式葵形结构的钢筋混凝土系杆拱桥的计算分析和施工控制工作，取得了很好的效果。
Started from the introduction of the origins ^ the development process ^ the latest research and its trend of the tied-arch bridge, this paper focuses firstly on the distinguishability of different structural styles of the tied-arch bridge and the analysis of the mechanical behaviors of each type. The lateral stability and the mechanical behaviors of the vertical or inclined hanger tied-arch bridge are also analyzed in this paper.
Since there are some defects in the traditional analysis method of cross beam, this paper also introduces a new method which calculates the inner forces of the cross beam considering the compatibility of deformation. Then, this paper presents a program used to analyze the cross beam with MATLAB. To validate this new method and the analysis program, this paper calculates an actual tied-arch bridge with ANSYS and the new program presented in this paper. The results proved that this method and program are convincible and accurate, and also suitable for the practical engineering design.
Finally this paper studies the construction control theory and its method with the construction control project of the Jiefang Bridge in Guilin. The Jiefang Bridge is the first one with sunflower-sharp reinforced concrete tied-arch bridge. Now, this bridge is successfully completed and opened to traffic under right construction control.
然后本文又以带纵梁的下承式系杆拱桥为例，在分析现有横梁内力计算方法的基础上，详细介绍了一种考虑变形协调原理的系杆拱桥横梁内力计算方法，并利用数学软件MATLAB编制了横梁内力分析的程序。经过实际算例分析，并与ANSYS程序空间计算结果对比，验证了该计算方法和计算程序具有准确和便于计算的优点，符合实际工程设计需要。
最后本文又结合桂林解放桥施工监控项目，对桥梁施工控制理论和方法等作了详细的研究，并具体参与完成了这座国内外首座采用上承式葵形结构的钢筋混凝土系杆拱桥的计算分析和施工控制工作，取得了很好的效果。
Started from the introduction of the origins ^ the development process ^ the latest research and its trend of the tied-arch bridge, this paper focuses firstly on the distinguishability of different structural styles of the tied-arch bridge and the analysis of the mechanical behaviors of each type. The lateral stability and the mechanical behaviors of the vertical or inclined hanger tied-arch bridge are also analyzed in this paper.
Since there are some defects in the traditional analysis method of cross beam, this paper also introduces a new method which calculates the inner forces of the cross beam considering the compatibility of deformation. Then, this paper presents a program used to analyze the cross beam with MATLAB. To validate this new method and the analysis program, this paper calculates an actual tied-arch bridge with ANSYS and the new program presented in this paper. The results proved that this method and program are convincible and accurate, and also suitable for the practical engineering design.
Finally this paper studies the construction control theory and its method with the construction control project of the Jiefang Bridge in Guilin. The Jiefang Bridge is the first one with sunflower-sharp reinforced concrete tied-arch bridge. Now, this bridge is successfully completed and opened to traffic under right construction control.
引文
1．中华人民共和国交通部标准．公路桥涵设计通用规范．人民交通出版社，1989年
2．中华人民共和国交通部标准．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范．人民交通出版社，1985年
3．中国工程建设标准化协会标准．钢管混凝土结构设计与施工规程．中国计划出版社,1985年
4．国家建筑材料工业局标准．钢管混凝土结构设计与施工规程．同济大学出版社，1989年
5．姚玲森主编．桥梁工程．人民交通出版社，1985年
6．顾安邦主编．桥梁工程(下册)．人民交通出版社，1999年
7．顾安邦、孙国柱主编．公路桥涵设计手册·拱桥(下册)．人民交通出版社，1994
8．钟善桐著．钢管混凝土结构．黑龙江科学技术出版社，1994年
9．中国公路学会桥梁和结构工程学会1996年桥梁学术讨论会论文集．人民交通出版社，1996年
10．李国豪主编．桥梁结构稳定与振动．中国铁道出版社，1992年
11．中国公路学会桥梁和结构工程学会1998年桥梁学术讨论会论文集．人民交通出版社，1998年
12．陈宝春编著．钢管混凝土拱桥设计与施工．人民交通出版社，1999年
13．伊腾学著．桥梁造型．人民交通出版社，1998
14．李生智、王玮瑶、邬妙年编著．异性拱桥．人民交通出版社，1996年
15．王玮瑶、李生智等．异性系杆拱桥．中国公路学报，vol．9，No．1，1996
16．王玮瑶、李生智．异性拱桥—一种新颖的桥梁形式．上海建设科技，1994，5
17．郭临义著．拱桥千秋．人民交通出版社，1998年
18．李国豪主编．中国桥梁．同济大学出版社等，1993年
19．周念先．桥梁方案比较．同济大学出版社，1997年
20．周念先．大跨拱桥的特点及发展途径．华东公路，1990(2、3、4)年
21．项海帆、刘光栋．拱结构的稳定与振动．人民交通出版社，1991年
22．丁大钧．我国拱桥建设屡创辉煌．桥梁建设，2000，3
23．金成棣著．预应力混凝土梁拱组合桥梁设计研究与实践．人民交通出版社，2001年
24．中华人民共和国交通部标准．公路工程抗震规范．人民交通出版社，1990年
25. Tveit P.The Network Arch. An Extended Manuscript from 21 lectures in 12 countries in year 2000,2001
26. Tveit P.The Design of Network Arches. The Structural Engineer, July 1996
27. W.G. Godden. The Lateral Buckling of Tied Arches
28. Per Tveit. The Design of network arches. The Structural Engineer, July 1996
29. Shun-ichi Nakamura.New Structural Forms for Steel Concrete Composite Bridges. Structural Engineering International. 2000,1
30. Nell D.kveberg. Tied Arch Substitute. Civil Engineering 1988,9
31. Chiara Romaro. Erection of Arch and Arch-Frame Bridges, Structural Engineering International,2000,4
32. Cuca Romano. Structural Analysis and Construction of an Arch Bridges in Albenga, Italy. Structural Engineering International,2001,1
33. Wen R K. Suhendro B.Nonlinear curved-beam element for arch structures .J Sturc Engng ASCE, 1991,117
34. G. Bernard Godfrey. Trends in the design and construction of steel and composite bridges.Proceedings of International Conference on Short and Medium Span Bridges. Aug. 1982,Toronto,Canada
35. Gao Ri、Xu Guobin、Liu Zhimin. Space Grid Bridges with Middle Elastic Supports.北方交通大学学报，第22卷，第1期，1998，2
36．毕尔格麦斯特G等著．稳定理论．中国建筑工业出版社，1962
37．刘钊等编译．日本新浜寺桥—一座大跨度尼尔森—洛斯体系的桥梁．国外桥梁，1994年第4期
38．陈炳坤编译．法国栋泽尔高速铁路桥．国外桥梁，2000年第3期
39．Per Tveit、王甲平(编译)．网络拱桥—一种适合中国的桥梁．钢结构，第15卷，第4期，2000
40．李涛．三峡工程对外公路黄柏河特大桥设计．中国钢协钢—混凝土组合结构协会第六次年会论文集，1997，5
41．白宝鸿编译．法国昂特那斯钢管拱桥．国外桥梁，1998，3
42．钟新谷．单拱面预应力混凝土系杆拱桥极限承载力分析(博士论文)．长沙铁道学院，1997年
43．金伟良“X”形系杆拱桥横向稳定性分析(博士论文)．大连理工学院，1993
44．杨永清．钢管混凝土拱桥横向稳定性分析(博士论文)．西南交通大学,1998
45．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS入门手册(上)，1998年
46．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS入门手册(下)，1998年
47．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS基本过程手册，1998年
48．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS建模与分网指南，1998年
49．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS动力学分析指南，1998年
50．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS高级技术分析指南，1998年
51．陈精一、蔡国忠．电脑辅助工程分析ANSYS使用指南．中国铁道出版社．2001
52．钟新谷、曾庆元、戴公连．单拱面预应力混凝土系杆拱桥极限承载力分析．工程力学，第16卷，第5期，1999，10
53．梅尧坤、李丽君．单拱面预应力混凝土系杆拱桥设计简介．桥梁建设，1999，10
54．杜国华、毛昌时．敞开式系杆拱桥面外稳定实用计算方法．重庆交通学院学报，1989，2
55．项海帆、钱莲萍．单承重面拱桥侧倾稳定的实用计算．第一届城市桥梁学术会议论文集，1978年
56．钟新谷、曾庆元．系杆拱桥稳定性研究．湘潭矿业学院学报，第13卷，第1期，1998，3
57．钟新谷、曾庆元．吊杆刚度对系杆拱桥极限承载力的影响分析．湘潭矿业学院学报，第14卷，第4期，1999，12
58．同济大学桥梁教研室等．拱及组合拱的侧向弹性稳定．同济大学，1976
59．同济大学桥梁教研室译．由一系列水平横撑联结的两个竖直圆弧拱的侧向弹性稳定，1963
60．唐颖．杆系有限元在梁式桥顺桥向水平力分配计算中的应用．第十三届全国桥梁学术会议论文集合，1996
61．虞建成．系杆拱桥空间内力分析．华东公路，1998，12
62．虞建成、邵容光．系杆拱桥横梁内力分析．华东公路，1997，8
63．梅家仁等．280m下承式钢管混凝土系杆拱桥设计与施工．中国公路学会桥梁和结构工程2000年桥梁学术讨论会论文集．人民交通出版社，2001，10
64．刘智敏、温宇平等．网架系杆钢管混凝土拱桥静动力分析．北方交通大学学报，第23卷，第4期，1999，8
65．高日、崔国成等．网架系杆钢管混凝土拱组合桥的研究．北方交通大学学报，第23卷，第4期，1999，8
66．严国敏译．清叶大桥的设计与施工(RC固端拱桥)．铁道部大桥局设计院技术 1996
67．颜全胜、韩大建．解放大桥钢管混凝土系杆拱桥的非线性稳定．华南理工大学学报，第27卷，第11期，1999，11
68．蔡义前、徐风云．钢管混凝土拱桥．中国公路学会桥梁和结构工程2000年桥梁学术讨论会论文集．人民交通出版社，2001，10
69．林云培、马(馬馬馬)、周良．上海市黄浦江卢浦大桥方案设计．特种结构，第17卷，第4期，2000
70．Juhani Virola、Eur Ing-feani(荆秀芬)．世界和芬兰的著名桥梁．国外桥梁，1999年第2期
71．胡玉山．预应力系杆钢管混凝土拱桥—旺苍东河大桥．西南公路，1990，3
72．郭金琼等．钢管砼结构在城市桥梁上的应用．福州大学学报，1996，8
73．张兴彦．天津彩虹大桥施工关键技术．公路，2000，10
74．粟金光．桥梁与组合．兰州铁道学院学报，第17卷，第2期，1998，6
75．高广义等．中山二桥施工监测报告．桥梁建设，1997，2
76．胡玉山．我国大跨径拱桥的发展途径．1991年中国公路学会桥梁和结构工程学会桥梁学术讨论会论文集，1991
77．梁庆松、杨鼎久．通榆大桥施工监测的分析研究．桥梁建设，1997，1
78．湖南省交通规划勘察设计院．邵阳市资江西湖大桥施工图设计，1996年
79．湖南省交通规划勘察设计院．省道1831线南县茅草街大桥初步设计，2001年
80．崔剑峰、李瑜．空间计算在茅草街大桥设计中的应用(初稿)
81．文钰、张贵明．邵阳西湖大桥的设计与施工．国外公路，第19卷，第3期，1999，6
82．上海同济规划建筑设计研究总院桥梁设计分院．解放桥重建工程设计施工图，2001年
83．孟杰、赵华、朱平、邵旭东．桂林解放大桥的施工监测．中国公路学会桥梁和结构工程2000年桥梁学术讨论会论文集．人民交通出版社，2001，10
84．刘钊、吕志涛．竖吊杆与斜吊杆系杆拱结构的桥式研究．土木工程学报，第33卷，第5期，2000，10
85．金国强．竖吊杆与斜吊杆P．C系杆拱桥主要构造及内力特性比较．华东公路，第4期，1999，8
86．刘钊．预应力混凝土斜吊杆系杆拱桥结构设计概要．桥梁建设，1998，3
87．林云培．卡尔曼滤波法在斜拉桥施工中的应用．土木工程学报，第3期，1983
88．方志、刘光栋等．斜拉桥施工的灰色预测控制系统．湖南大学学报，第6期，1997
89．石雪飞、项海帆等．桥梁施工对策分类分析．第十四届全国桥梁学术会议论文集，2000年南京
90．郑信光、项海帆等．混凝土斜拉桥的施工控制．土木工程学报，第26卷，第1期，1993，2
91．孙华斌、李树东、盛勇等．卡尔曼滤波法在系杆拱桥吊杆张拉施工中的应用．西安公路交通大学学报，第20卷，第2期，2000，4
92．刘万忠．悬臂拼装钢筋混凝土拱桥的施工控制(硕士论文)．湖南大学，2001
93．朱灿．斜拉桥成桥索力调整的最优化方法(硕士论文)．长沙交通学院，2001
94．陈斌、杨家玉．重庆綦江大桥的施工监测与状态识别．中国公路学会桥梁和结构工程学会2001年桥梁学术讨论会论文集，2001年重庆
95．刘钦圣编著．最小二乘问题计算方法，北京工业大学出版社，1989，10
96．张宜华编写．精通MATLAB 5．清华大学出版社，1999，6
2．中华人民共和国交通部标准．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范．人民交通出版社，1985年
3．中国工程建设标准化协会标准．钢管混凝土结构设计与施工规程．中国计划出版社,1985年
4．国家建筑材料工业局标准．钢管混凝土结构设计与施工规程．同济大学出版社，1989年
5．姚玲森主编．桥梁工程．人民交通出版社，1985年
6．顾安邦主编．桥梁工程(下册)．人民交通出版社，1999年
7．顾安邦、孙国柱主编．公路桥涵设计手册·拱桥(下册)．人民交通出版社，1994
8．钟善桐著．钢管混凝土结构．黑龙江科学技术出版社，1994年
9．中国公路学会桥梁和结构工程学会1996年桥梁学术讨论会论文集．人民交通出版社，1996年
10．李国豪主编．桥梁结构稳定与振动．中国铁道出版社，1992年
11．中国公路学会桥梁和结构工程学会1998年桥梁学术讨论会论文集．人民交通出版社，1998年
12．陈宝春编著．钢管混凝土拱桥设计与施工．人民交通出版社，1999年
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15．王玮瑶、李生智等．异性系杆拱桥．中国公路学报，vol．9，No．1，1996
16．王玮瑶、李生智．异性拱桥—一种新颖的桥梁形式．上海建设科技，1994，5
17．郭临义著．拱桥千秋．人民交通出版社，1998年
18．李国豪主编．中国桥梁．同济大学出版社等，1993年
19．周念先．桥梁方案比较．同济大学出版社，1997年
20．周念先．大跨拱桥的特点及发展途径．华东公路，1990(2、3、4)年
21．项海帆、刘光栋．拱结构的稳定与振动．人民交通出版社，1991年
22．丁大钧．我国拱桥建设屡创辉煌．桥梁建设，2000，3
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25. Tveit P.The Network Arch. An Extended Manuscript from 21 lectures in 12 countries in year 2000,2001
26. Tveit P.The Design of Network Arches. The Structural Engineer, July 1996
27. W.G. Godden. The Lateral Buckling of Tied Arches
28. Per Tveit. The Design of network arches. The Structural Engineer, July 1996
29. Shun-ichi Nakamura.New Structural Forms for Steel Concrete Composite Bridges. Structural Engineering International. 2000,1
30. Nell D.kveberg. Tied Arch Substitute. Civil Engineering 1988,9
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37．刘钊等编译．日本新浜寺桥—一座大跨度尼尔森—洛斯体系的桥梁．国外桥梁，1994年第4期
38．陈炳坤编译．法国栋泽尔高速铁路桥．国外桥梁，2000年第3期
39．Per Tveit、王甲平(编译)．网络拱桥—一种适合中国的桥梁．钢结构，第15卷，第4期，2000
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43．金伟良“X”形系杆拱桥横向稳定性分析(博士论文)．大连理工学院，1993
44．杨永清．钢管混凝土拱桥横向稳定性分析(博士论文)．西南交通大学,1998
45．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS入门手册(上)，1998年
46．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS入门手册(下)，1998年
47．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS基本过程手册，1998年
48．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS建模与分网指南，1998年
49．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS动力学分析指南，1998年
50．美国ANSYS公司北京办事处．ANSYS高级技术分析指南，1998年
51．陈精一、蔡国忠．电脑辅助工程分析ANSYS使用指南．中国铁道出版社．2001
52．钟新谷、曾庆元、戴公连．单拱面预应力混凝土系杆拱桥极限承载力分析．工程力学，第16卷，第5期，1999，10
53．梅尧坤、李丽君．单拱面预应力混凝土系杆拱桥设计简介．桥梁建设，1999，10
54．杜国华、毛昌时．敞开式系杆拱桥面外稳定实用计算方法．重庆交通学院学报，1989，2
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56．钟新谷、曾庆元．系杆拱桥稳定性研究．湘潭矿业学院学报，第13卷，第1期，1998，3
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58．同济大学桥梁教研室等．拱及组合拱的侧向弹性稳定．同济大学，1976
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63．梅家仁等．280m下承式钢管混凝土系杆拱桥设计与施工．中国公路学会桥梁和结构工程2000年桥梁学术讨论会论文集．人民交通出版社，2001，10
64．刘智敏、温宇平等．网架系杆钢管混凝土拱桥静动力分析．北方交通大学学报，第23卷，第4期，1999，8
65．高日、崔国成等．网架系杆钢管混凝土拱组合桥的研究．北方交通大学学报，第23卷，第4期，1999，8
66．严国敏译．清叶大桥的设计与施工(RC固端拱桥)．铁道部大桥局设计院技术 1996
67．颜全胜、韩大建．解放大桥钢管混凝土系杆拱桥的非线性稳定．华南理工大学学报，第27卷，第11期，1999，11
68．蔡义前、徐风云．钢管混凝土拱桥．中国公路学会桥梁和结构工程2000年桥梁学术讨论会论文集．人民交通出版社，2001，10
69．林云培、马(馬馬馬)、周良．上海市黄浦江卢浦大桥方案设计．特种结构，第17卷，第4期，2000
70．Juhani Virola、Eur Ing-feani(荆秀芬)．世界和芬兰的著名桥梁．国外桥梁，1999年第2期
71．胡玉山．预应力系杆钢管混凝土拱桥—旺苍东河大桥．西南公路，1990，3
72．郭金琼等．钢管砼结构在城市桥梁上的应用．福州大学学报，1996，8
73．张兴彦．天津彩虹大桥施工关键技术．公路，2000，10
74．粟金光．桥梁与组合．兰州铁道学院学报，第17卷，第2期，1998，6
75．高广义等．中山二桥施工监测报告．桥梁建设，1997，2
76．胡玉山．我国大跨径拱桥的发展途径．1991年中国公路学会桥梁和结构工程学会桥梁学术讨论会论文集，1991
77．梁庆松、杨鼎久．通榆大桥施工监测的分析研究．桥梁建设，1997，1
78．湖南省交通规划勘察设计院．邵阳市资江西湖大桥施工图设计，1996年
79．湖南省交通规划勘察设计院．省道1831线南县茅草街大桥初步设计，2001年
80．崔剑峰、李瑜．空间计算在茅草街大桥设计中的应用(初稿)
81．文钰、张贵明．邵阳西湖大桥的设计与施工．国外公路，第19卷，第3期，1999，6
82．上海同济规划建筑设计研究总院桥梁设计分院．解放桥重建工程设计施工图，2001年
83．孟杰、赵华、朱平、邵旭东．桂林解放大桥的施工监测．中国公路学会桥梁和结构工程2000年桥梁学术讨论会论文集．人民交通出版社，2001，10
84．刘钊、吕志涛．竖吊杆与斜吊杆系杆拱结构的桥式研究．土木工程学报，第33卷，第5期，2000，10
85．金国强．竖吊杆与斜吊杆P．C系杆拱桥主要构造及内力特性比较．华东公路，第4期，1999，8
86．刘钊．预应力混凝土斜吊杆系杆拱桥结构设计概要．桥梁建设，1998，3
87．林云培．卡尔曼滤波法在斜拉桥施工中的应用．土木工程学报，第3期，1983
88．方志、刘光栋等．斜拉桥施工的灰色预测控制系统．湖南大学学报，第6期，1997
89．石雪飞、项海帆等．桥梁施工对策分类分析．第十四届全国桥梁学术会议论文集，2000年南京
90．郑信光、项海帆等．混凝土斜拉桥的施工控制．土木工程学报，第26卷，第1期，1993，2
91．孙华斌、李树东、盛勇等．卡尔曼滤波法在系杆拱桥吊杆张拉施工中的应用．西安公路交通大学学报，第20卷，第2期，2000，4
92．刘万忠．悬臂拼装钢筋混凝土拱桥的施工控制(硕士论文)．湖南大学，2001
93．朱灿．斜拉桥成桥索力调整的最优化方法(硕士论文)．长沙交通学院，2001
94．陈斌、杨家玉．重庆綦江大桥的施工监测与状态识别．中国公路学会桥梁和结构工程学会2001年桥梁学术讨论会论文集，2001年重庆
95．刘钦圣编著．最小二乘问题计算方法，北京工业大学出版社，1989，10
96．张宜华编写．精通MATLAB 5．清华大学出版社，1999，6