1.1 问题的提出
随着社会的进步、经济的腾飞，我国的桥梁建设取得了举世瞩目的成就，与此同时，人们对桥梁结构功能及景观方面的要求越来越高，传统桥梁已经无法满足，随之出现了一些有特色、有文化蕴意的桥型，其中有代表性的如异型梁拱组合桥。异型梁拱组合桥的造型中包含了拱的竖向弯曲线条和梁的水平线条，整体结构在空间上显得非常轻盈美观，很容易与周围环境相互协调，形成一处优美的风景。异型梁拱组合桥造型优美，揉合了普通拱桥和传统桥梁的优点，在城市和景观要求较高的地区越来越多地被采用[1]。 异型梁拱组合桥拥有突出的景观效应，但由于结构的异型，相比常规桥梁，此类桥梁结构的方案选型和结构设计、施工有一些特有的问题。 （1）异型梁拱组合桥为典型的空间受力体系，在成桥状态下，拱与其它构件都处于复杂的空间受力状态，结构行为与受力特点不易把握，有关桥梁整体设计和施工过程分析还有待深入研究。 （2）异型梁拱组合桥造型差异大，结构复杂，相互借鉴性小，且均为空间超静定结构，难以采用现有的解析法求解，必须使用计算机技术进行详细的数值分析，这就要求针对具体的桥梁建立相应的有限元模型进行数值分析。 （3）异型梁拱组合桥在建设过程中，对施工技术要求较高，且其施工过程对于桥梁的实际状态影响很大，不易与设计状态相吻合。 因此，正确分析异型梁拱组合桥的关键在于充分了解结构的受力特点、传力途径以及熟悉施工过程中结构的受力特征[2]。另外，在拱肋、拱脚、主梁等构件的传力过程中，当构件处于受拉或受压状态时传力效率最佳，体系最为合理，而复杂的异型梁拱组合桥，通常都会存在构件承受很大弯矩、扭矩、剪力作用的情况。
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1.2 组合拱桥的分类及特点
根据拱桥与其它不同桥型结构组合所形成的类型，可以将组合拱桥分为梁拱组合桥、刚构拱组合桥、斜拉拱组合桥和悬索拱组合桥[3]。 在组合拱桥的四种分类中，应用最多、技术最为成熟的是梁拱组合桥；刚构拱组合桥因其独特的桥墩造型，近年来被采用的次数逐渐增加；斜拉拱组合桥和悬索拱组合桥结构比较复杂，施工难度大，较少被建造。梁拱组合桥，如图 1.1 所示，通常包括梁、拱、板、杆等两种及两种以上基本构件，兼具梁桥和拱桥的特点[4]。梁桥在自重和其它竖向荷载作用下，一般不会出现水平反力，其下部结构及基础主要承受上部传递的压力，同时由于竖向作用力几乎与梁纵向轴线相互垂直，则和同跨径的不同类型桥梁相比，梁内部易出现较大弯矩。但梁桥桥面平顺，施工方法成熟，造价经济，因此在已建的中、小跨径的桥梁中占绝大部分。拱桥在自重和其它竖向荷载作用下，拱肋为主要承重构件，承担绝大部分荷载的作用。拱桥的承载拱肋，利用其材料特性，充分发挥了圬工结构抗压的优势，而靠近拱脚部位的拱肋受力复杂，且承担很大的水平反力，因此拱脚处细节设计以及边界约束十分重要。梁拱组合桥通过梁与拱的合理组合，既可以发挥各自受力的优点，又能弥补彼此的不足。
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2 郑东新区前程路大桥有限元模型
2.1 工程概况
郑东前程路大桥位于郑州市白沙园区，贾鲁河与前程路交汇处。2012 年 10月，建设单位向国内数家设计院进行了方案征集，通过专家评定和多方的遴选，确定以“六艺”的整体理念来设计白沙园区的六座桥，六座桥梁的“六艺”设计理念与古代的“礼、乐、射、御、书、数”六种技艺相对应。其中前程路桥的造型理念布局为“御之桥”，全桥为三跨中承式组合拱桥，大桥建成后将成为园区道路沿线的标志性建筑，而且是贾鲁河景观长廊的一道靓丽风景，也是郑东新区一座具有时代感、充满生机与活力的现代化桥梁，如图 2.1 所示。桥梁全长 218m，纵轴线与河道夹角为 66°，跨径布置为：37.08＋137.78＋37.13＝212m，如图 2.2 所示。桥梁全宽 58m，为左右两幅，每幅宽 27m。中跨桥面以上拱肋为钢结构，对应的主梁段为钢结构，V 墩及次边跨箱梁组成的刚构为预应力混凝土结构，边跨为简支混凝土结构。桥梁每幅的横断面布置为：5.5m（人行道）＋4m（非机动车道）＋15m（机动车道）＋2.5m（护栏）＝27m，两幅桥之间的间隔为 4m。横梁为倒 T 型断面，按间距 3.6m 垂直于主纵梁布设，梁高 2.21m，底板宽0.7m。横梁分为三类，在主纵梁就位后，依次吊装焊接。小纵梁为倒 T 型断面，按间距 3.95m 平行于主纵梁布设，梁高 0.6m 和 1.5m，底板宽 0.6m。正交异性桥面板由钢桥面板和 U 肋组成，U 肋间距 0.6m。 V 墩上部采用现浇预应力混凝土等截面箱梁，梁高 2.2m。箱梁宽 27m，单
箱八室，横断面如图 2.5 所示。箱梁顶板厚 0.25 至 0.45m，底板厚 0.22 至 0.42m。腹板厚 0.45 至 0.75m。中横梁宽 3m，端横梁 A 和 B 纵向宽分别为 7.5m 和 2m，均为钢筋混凝土结构；跨中设一道横隔板，厚 60cm 并预留人孔，端横梁 B 端设牛腿，厚 95cm，深 1.25m，其上设置边跨简支箱梁，以协调梁端的竖向位移。
2.2 郑东新区前程路大桥有限元模型
复杂异型梁拱组合桥的数值分析关键在于建立合理的有限元模型。在有限元模型建立的过程中，单元类型的选择、结构构件的模拟、边界条件的模拟是否准确，直接影响着后期计算结果的可靠性。因此，在全桥力学性能分析时，模型建立需要注意以下几条基本原则： （1）结构形状（包括构件的长度、宽度、厚度等）变化的要求； （2）材料特征（模量、容重、泊松比、热膨胀系数等）变化的要求； （3）连接单元特性（包括支座、阻尼限位设备等）变化的要求； （4）全桥恒载、汽车活载等作用模拟的要求； （5）问题求解计算精度的要求； （6）求解过程中不出现病态问题的要求。 在以上几条原则的基础之上，考虑到郑东新区前程路大桥东、西两幅桥构造一致，且相互无横向联系，以下分析取东幅桥为研究对象。
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3 郑东新区前程路大桥一次成桥分析 ......... 22
3.1 拱桥吊杆力的调整 ...... 22
3.1.1 影响矩阵法 ....... 22
3.1.2 基于影响矩阵法的吊杆力调整 ....... 23
3.2 前程路大桥一次成桥计算结果分析 .......... 28
3.3 有限元模型计算结果对比 .......... 37
3.4 本章小结 ...... 39
4 异型梁拱组合桥施工过程仿真分析 ......... 40
4.1 桥梁施工过程仿真分析 ...... 40
4.2 前程路大桥施工方案 .......... 41
4.3 前程路大桥施工过程计算结果分析 .......... 45
4.4 成桥阶段桥梁线形分析 ...... 56
4.5 本章小结 ...... 58
5 异型梁拱组合桥运营阶段分析 ......... 60
5.1 活载作用计算分析 ...... 60
5.1.1 最不利活载作用下混凝土结构的受力及变形 ....... 62
5.1.2 最不利活载作用下钢结构的受力及变形 ....... 63
5.2 温度作用计算分析 ...... 64
5.3 运营阶段结构验算 ...... 70
5 异型梁拱组合桥运营阶段分析
郑东新区前程路大桥运营阶段计算工况主要考虑汽车活载、人群荷载、温度荷载（整体升降温、日照正负温差），作用荷载如表 5.1 所示。各计算工况简要介绍如下[50]： （1）汽车活载：根据《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011），城市-A 级车道荷载的均布荷载标准值为 10.5k N/m，集中荷载标准值为 360k N。考虑最不利情况，非机动车道采用机动车布载。 （2）人群活载：设计中规定，人群荷载标准值为 4.5k N/m2，横向布置在人行道的净宽度内，纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。 （3）整体升降温：郑州属寒冷地区，大桥预计合龙温度为 15±5℃，则计算中，取混凝土结构整体升温为 20℃，降温为-25℃；取钢结构整体升温为 30℃，降温为-35℃。 （4）梯度温度：按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）对该桥上部结构主要截面进行加载。沥青混凝土铺装层的厚度为 10cm，则计算竖向日照正温差时，取桥面板表面的最高温度 T1=14℃，T2=5.5℃；钢箱拱肋顶板的最高温度 T1=25℃，T2=6.7℃。另外，竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。
.........结论
异型梁拱组合桥为空间超静定结构，受力及变形特点不易把握，需进行详细的数值分析。郑东新区前程路大桥为异型 V 墩刚构组合拱桥，本文运用软件MIDAS/Fea 和 MIDAS/Civil 建立该桥空间有限元模型，并对大桥施工过程及运营阶段进行仿真分析，得出以下主要结论：
1、采用影响矩阵法对郑东新区前程路大桥进行吊杆力调整，可以快速有效的将吊杆内力调整至设计值，同时得出桥梁施工所需的吊杆张拉力，此张拉力的得出是拱桥后续仿真分
