一种基于级数函数的新型拱轴线 邱辰.pdf

一种基于级数函数的新型拱轴线_邱辰桂林理工大学学报
Journal of Guilin University of Technology
ISSN 1674-9057,CN 45-1375/N
文献标志码：A
0 引 言
拱圈的线形直接影响拱桥的内力分布与大小[1]，一般认为理想的拱轴线应与拱上各种荷载作用下的三铰拱压力
线相吻合，此时沿拱轴线的每一正截面都无弯矩和剪力，只承受轴向压力作用，这样的拱轴线被
称为合理拱轴线。目前拱桥常用的拱轴线线形有抛物线、悬索线、悬链线和样条曲线等[2-3]，这些线形的求解方法主
要分为荷载简化和曲线拟合两种，其中抛物线、悬索线的求解方法属于荷载简化，两者分别对应于将拱圈上的荷载
简化为沿跨度方向的均布荷载和沿弧长方向的均布荷载的情况[4-6]；悬链线、样条曲线的求解方法则属于曲线拟合，
通过构造出一条函数曲线来尽量拟合恒载压力线，要求拱轴线在全拱有五点(通常为拱顶、两 L/4 点和两拱脚)与相
y M
同跨径、矢高、荷载的三铰拱的恒载压力线重合[7-9]，选取悬链线作为拱轴线时需通过反复试算使得 1/ 4   1/ 4
f M j
y 1
（此处 y 为以拱顶为坐标原点，任意点竖直方向坐标；f 为矢高；M 为任意点截面弯矩），再由 1/ 4 
f 2(m 1)  2
求出拱轴系数 m，计算量大且收敛速度和最终精度与计算经验有关[10-11]。在有限元分析计算手段日趋发达的今天，
也有在原有“五点重合法”所求出拱轴系数m的基础上再对m进行调整以找出更为合适的拱轴系数以进一步减小拱圈
内力和应力[12]。荷载简化的方法所考虑的荷载都较为单一，与实际工况差别较大，在大跨度拱桥中应用较少；悬链
线在目前拱桥建设中的应用最为广泛，但其单一的计算参数加大了拱桥在特大跨度和复杂荷载条件下的设计难度
[13-14]；采用样条差值