基于实桥监测的钢管混凝土拱桥系杆断裂结构响应研究

邓鸣; 齐怀展; 李俊驰; 金阳; 易驹; 袁平

doi:10.3724/j.gyjzG26031901

基于实桥监测的钢管混凝土拱桥系杆断裂结构响应研究

doi: 10.3724/j.gyjzG26031901

邓鸣¹,
齐怀展²,
李俊驰²,
金阳²,
易驹^1, ,,
袁平¹

1. 长沙学院土木工程学院, 长沙 410022;
2. 天津市交通科学研究院, 天津 300074

基金项目:

国家自然科学基金项目（52308139）；长沙市杰出青年科技人才培养计划（kq2506016）；长沙理工大学国家地方联合重点实验室开放基金（19KF02）。

详细信息

作者简介:
邓鸣,副教授,主要从事既有桥梁评估与加固方向研究,dengming@ccsu.edu.cn。

通讯作者:
易驹,副教授,主要从事预应力混凝土结构耐久性评估方向研究,juyi@ccsu.edu.cn。

计量
- 文章访问数: 7
- HTML全文浏览量: 2
- PDF下载量: 0
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2026-03-19
- 网络出版日期: 2026-06-06

Structural Response Analysis of Tie Rod Fracture in CFST Arch Bridges Based on Field Monitoring

1. School of Civil Engineering, Changsha University, Changsha 410022, China;
2. Tianjin Transportation Research Institute, Tianjin 300074, China

摘要

摘要: 以某运营24年的160 m跨径钢管混凝土拱桥为对象，研究其单根系杆断裂后的结构响应。通过对比系杆断裂前后的监测数据，阐述了拱脚位移、吊杆索力、拱肋及桥面线形等关键力学指标的变化特征，分析了系杆断裂对桥梁结构的影响规律。结果显示：单根系杆断裂后，拱脚产生向外位移，拱肋和桥面线形均出现下挠，断索侧位移值显著大于非断索侧；吊杆索力无明显变化；拱肋及桥面变形呈现非对称分布，断索侧自由端半跨的高程下挠值大于固定端半跨，非断索侧则相反。此外，建立了全桥有限元模型对该桥系杆断裂结构响应进行模拟，计算结果能较好还原实桥监测数据。基于该模型，引入动力系数评估了部分系杆断裂瞬时剩余系杆及拱肋的应力状态。
- 钢管混凝土拱桥 /
- 系杆断裂 /
- 实桥监测 /
- 结构响应 /
- 数值模拟
Abstract: This study investigated the structural response of a 24-year-old， 160 m span concrete-filled steel tubular （CFST） arch bridge after the fracture of a single tie rod. By comparing monitoring data before and after the tie rod fracture， this study systematically analyzed the variation characteristics of key mechanical indicators， including arch foot displacement， suspender cable force， and the alignment of the arch ribs and the bridge deck. Furthermore， it evaluated the influence pattern of the tie rod fracture on the bridge structure. The results showed that after the fracture of a single tie rod， the arch feet underwent outward displacement， and both the arch ribs and the bridge deck experienced downward deflection， with the deformation values on the fractured side being significantly larger than those on the non-fractured side. The suspender cable force showed no obvious change. The deformations of the arch ribs and the deck exhibited an asymmetric distribution： the vertical deflection of the free-end half-span on the fractured side was larger than that of the fixed-end half-span， while the opposite was true for the non-fractured side. Furthermore， a full-bridge finite element model was established to simulate the structural response of the bridge induced by the tie rod fracture， and the calculated results reproduced the monitoring data of the actual bridge well. Based on this model， a dynamic amplification factor was introduced to evaluate the stress state of the remaining tie rods and the arch ribs upon the sudden fracture of multiple tie rods.
- CFST arch bridge /
- tie rod fracture /
- field monitoring /
- structural response /
- numerical simulation

HTML全文

参考文献(24)

[1]	刘佳伟，姚国文，王伟，等. 在役钢管混凝土拱桥吊杆钢丝腐蚀疲劳损伤机理［J］. 建筑科学与工程学报，2024，41（6）：111- 120.
[2]	DUAN Y F，WU S K，ZHANG H M，et al. Development of corrosion-fatigue analysis method of cable hangers in tied-arch bridges considering train-bridge interaction［J］. Engineering Structures，2024，315：118484.
[3]	ZHONG W，SONG Y，DING Y，et al. Axial-bending effect and fatigue-damage evaluation of the shortest hangers in a rigid-tied arch high-speed railway bridge traversed by multiple trains［J］. Structural Control and Health Monitoring，2026，2026（1）：2918755.
[4]	熊伦，张贤霂. 某下承式钢管混凝土拱桥系杆更换索力优化分析［J］. 四川建筑，2025，45（4）：133- 135.
[5]	王解元，潘德鹏. 某拱桥系杆换索设计与施工［J］. 世界桥梁，2010（2）：66- 69.
[6]	李烈佩，罗宇. 佛陈大桥系杆拱的加固及认识［J］. 广东公路交通，2001（4）：10- 11
[7]	康孝先，刘路，丁洪华. 系杆拱桥系杆更换关键技术研究与施工［J］. 公路，2015，60（8）：110- 114.
[8]	周彬彬，刘建华. 中承式拱桥系杆更换技术创新与应用［J］. 交通科技与管理，2025，6（20）：109- 111.
[9]	赵震寅. 中承式柔性系杆拱桥系杆更换关键技术研究［D］. 杭州：浙江理工大学，2023.
[10]	胡江. 绵阳涪江三桥病害处置与系杆更换实施方案研究［D］. 绵阳：西南科技大学，2017.
[11]	ZHOU Y，LI M，SHI Y，et al. Damage identification method of tied-arch bridges based on equivalent thrust-influenced line［J］. Structural Control and Health Monitoring，2024，2024（1）：6896975.
[12]	XIN J，JIANG L，TANG Q，et al. Damage identification method of arch bridges using MobileViT and transfer learning［J］. Journal of Civil Structural Health Monitoring，2025，15（6）：1669- 1688.
[13]	林超伟. 重庆菜园坝长江大桥系杆评估方法研究［D］. 重庆：重庆大学，2005.
[14]	朱劲松，盛荣荣. 中承式系杆拱桥体系冗余度分析［J］. 重庆交通大学学报（自然科学版），2018，37（7）：1- 8.
[15]	符晶华，常立新，姜德生，等. 系杆断裂对拱桥健康状况的影响［J］. 武汉理工大学学报，2006（10）：61- 65.
[16]	范冰辉，邹金岐，陈铿，等. 飞鸟式拱桥考虑系杆断索的防连续性垮塌设计［J］. 交通运输工程学报，2025，25（5）：414- 426.
[17]	WEN Q W，HAO W，YAN J Z，et al. New hanger design approach of tied-arch bridge to enhance its robustness［J］. KSCE Journal of Civil Engineering，2018，22（11）：4547- 4554.
[18]	FAN B H，WANG S G，CHEN B C. Dynamic effect of tie-bar failure on through tied arch bridge［J］. Journal of Performance of Constructed Facilities，2020，34（5）：04020089.
[19]	陈康明，吴庆雄，罗健平，等. 考虑吊杆断裂动力作用的钢管混凝土拱桥等效静力计算方法［J］. 土木工程学报，2023，56（6）：63- 74.
[20]	黄育凡，戴思旸，陈康明，等. 考虑系杆断裂的钢管混凝土刚架系杆拱桥动力响应分析［J］. 哈尔滨工业大学学报，2025，57（11）：115- 123.
[21]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 城市桥梁养护技术标准：CJJ 99—2017［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2017.
[22]	中华人民共和国交通运输部. 公路钢管混凝土拱桥设计规范：JTG/T D65-06—2015［S］. 北京：人民交通出版社有限公司，2015.
[23]	LONETTI P，PASCUZZO A. Vulnerability and failure analysis of hybrid cable-stayed suspension bridges subjected to damage mechanisms［J］. Engineering Failure Analysis，2014，45：470- 495.
[24]	Post-Tensioning Institute. Recommendations for stay cable design，testing and installation：PTI 2007［S］. USA：Farmington Hills，2007.