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提篮式钢管混凝土拱桥稳定性研究
提篮式钢管混凝土拱桥稳定性研究
摘要：
钢管混凝土拱桥因其结构优越性能得到广泛应用，提篮式钢管混凝土拱桥是其中一种较为常见的形式。本文对提篮式钢管混凝土拱桥的稳定性进行了研究。首先，介绍了提篮式钢管混凝土拱桥的结构形式，然后讨论了桥墩在提升过程中的变形及对桥的稳定性的影响，接着分析了拱孔和拱肋受力特点，进而研究了提篮式钢管混凝土拱桥的稳定性问题。最后，通过分析实例，得出了提篮式钢管混凝土拱桥的设计建议，为工程实践提供了参考。
关键词：钢管混凝土、拱桥、提篮式、稳定性
引言：
提篮式钢管混凝土拱桥是一种通过将拱桥架设至基础之上，以方便施工的结构形式，它具有良好的抗震性和承载能力，被广泛应用于公路、铁路和城市建设等领域。然而，这种桥梁结构也存在着一些问题，尤其是在其稳定性方面。
本次研究的目的是探讨提篮式钢管混凝土拱桥的稳定性问题，并通过实例分析为设计提供指导及建议。
1.提篮式钢管混凝土拱桥结构形式
提篮式钢管混凝土拱桥结构形式如图1所示。该桥梁采用了钢管混凝土作为桥拱，提篮式支架使得拱形的安装可以不用拆卸建筑物或道路，从而避免了对周围环境的破坏和影响。
2.桥墩在提升过程中的变形及对桥的稳定性的影响
在提升过程中，桥墩会出现一定的变形，而这种变形对于桥的稳定性会产生不良影响。首先，桥墩的变形会导致桥面的水平度出现一定的偏差，其次，在工程施工过程中，若桥墩变形超过规定限度，会对拱体内力造成非线性影响，进而降低桥的稳定性。因此，必须严格控制和监控桥墩在提升过程中的变形。
3.拱孔和拱肋受力特点
提篮式钢管混凝土拱桥的拱孔和拱肋通常受到竖向荷载和水平荷载的作用，如图2所示。竖向荷载主要来自于桥面承载的车辆质量和弯矩作用下的向下分力，而水平荷载主要来自于车辆作用的横向与向前向后的力。由此可知，提篮式钢管混凝土拱桥设计中的竖向和横向荷载极性相反，因此桥的稳定系统应该设计为两个部分。
4.提篮式钢管混凝土拱桥的稳定性问题
钢管混凝土拱桥结构的强度和刚度很高，但容易发生稳定失效，尤其是在竖向荷载下更加明显。设M为拱的抗弯弹性模量，L为拱的长度，F为拱底部内力，g为重力加速度，如图3所示。则拱底部内力F可表示为：
F=π²ME²/4L²g
该公式说明，拱底部内力F与拱长度L和弹性模量M成正比，与E²/L²成反比，说明拱的弹性模量越大、长度越小，拱底部的内力F越大，在拱的底部处出现压应力区。
基于上述分析，提高拱的抗弯弹性模量和减小拱的长度是增加桥梁稳定性的有效方法。
5.实例分析
以下是一座计划要建设的提篮式钢管混凝土拱桥的示意图，如图4所示。为确保该桥的稳定性，应在设计和计算中，对其高度、弹性模量、吸水率、和周围环境等因素进行全面的考虑，并对其结构进行了系统的分析和优化设计。通过对实例的分析，得出了如下的建议：
（1）提高钢管混凝土的抗压和抗弯强度，以增加拱的承载能力。
（2）结构采用对称形式，以减小拱的长度，降低拱底部内力，增加稳定性。
（3）拱加强斜杆和机架系统的设置，以改善整个桥梁的稳定性。
结语：
本文通过对提篮式钢管混凝土拱桥的稳定性进行研究，分析了桥墩变形、拱孔和拱肋受力特点等问题，指出了提高弹性模量和减小拱的长度等有效方法，并通过实例分析，提出了相应的设计建议，为提升提篮式钢管混凝土拱桥的稳定性提供了助力。
参考文献：
[1]姜文华,李跃斌.钢管混凝土拱桥的稳定性分析[J].建筑结构,2006，36(7):40-42.
[2]刘剑飞,王宏,邢军.“提篮式”钢筋混凝土拱桥抗震性能的研究与分析[J].铁道建筑,2018,3:147-150.
[3]田敏强,刘景旭,耿建军,等.钢筋混凝土拱桥稳定性的3D有限元分析[J].山西建筑,2014,40(25):206-208.