段鋼文

(黑龍江省收費(fèi)公路管理局)

交通肇事對(duì)四方臺(tái)松花江斜拉橋梁受損斜拉索影響的仿真分析

段鋼文

(黑龍江省收費(fèi)公路管理局)

采用有限元分析法，對(duì)受火災(zāi)影響的斜拉橋斜拉索得工作性能進(jìn)行仿真分析，以評(píng)定受損斜拉索對(duì)橋梁的使用性能的影響。

有限元;斜拉橋;斜拉索

1 概述

哈爾濱松花江四方臺(tái)大橋全長(zhǎng)1 268.86 m，主橋長(zhǎng)696 m，引橋長(zhǎng)572.86 m。由于交通肇事，有2根斜拉索受到火災(zāi)影響。為了保證斜拉橋的使用安全性能，對(duì)受損索力對(duì)橋梁靜力性能進(jìn)行仿真分析。

2 拉索整索力學(xué)性能測(cè)試

確定采用有限元模擬的方式分析四方臺(tái)大橋斜拉索失火對(duì)大橋技術(shù)狀況的影響，具體的分析手段是降低有限元模型中失火拉索(邊索S12、S13)的彈性模量，并與過(guò)火前的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以分析斜拉索過(guò)火對(duì)橋梁靜力性能的影響。

3 計(jì)算模型與計(jì)算參數(shù)

采用Midas Civil2006對(duì)四方臺(tái)大橋進(jìn)行有限元建模分析，分析經(jīng)歷火燒前后的四方臺(tái)大橋在活載作用下的受力變化。采用4個(gè)工況，分別為(1)主跨主梁最大正彎矩(中載);(2)主跨主梁最大正彎矩(偏載);(3)主跨最大撓度(中載);(4)主跨最大撓度(偏載)。

該有限元模型采用單主梁模型。本次計(jì)算架設(shè)橋梁的受力和變形均在線彈性范圍內(nèi)，不考慮材料的塑性變形。

考慮到四方臺(tái)大橋與鶴洞大橋起火原因不同，為更為安全地考慮拉索失火后結(jié)構(gòu)性能的變化，將彈性模量的損傷較試驗(yàn)值增大十倍，即彈性模量從2%依次降低到20%，計(jì)算工況如表1所示。

因拉索為受拉構(gòu)件，其抗拉能力與彈性模量E和截面面積A的乘積EA相關(guān)，則將彈性模量降低，相當(dāng)于將截面面積減少，即模擬拉索中部分鋼絲斷絲，彈性模量減少20%，相當(dāng)于拉索中20%的鋼絲退出工作。

表1 計(jì)算工況表

4 計(jì)算結(jié)果

在本次計(jì)算中，僅采用恒載效應(yīng)+活載效應(yīng)來(lái)考慮拉索失火后對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形性能的影響。

(1)拉索索力。

采用拉索索力變化率衡量失火對(duì)拉索受力的影響，索力變化率的計(jì)算公式為

過(guò)火前后各種工況相比，長(zhǎng)索索力變化較大。從索力變化的規(guī)律來(lái)看，受損傷的拉索S12、S13的索力在逐步減少，而其余各索的索力在增大，即損傷拉索的索力重新向其他索轉(zhuǎn)移，但在最不利工況4(S12、S13彈性模量同時(shí)降低20%)的情況下，其余拉索索力改變率均小于8%，而拉索的安全系數(shù)為2.5，因此，可以初步推斷失火對(duì)拉索內(nèi)力的改變作用較小。

(2)主梁撓度。

在工況1作用下(S13彈性模量降低2%)，全橋撓度的改變量為2 mm，即使在工況4作用下，全橋撓度的改變量未超過(guò)40 mm，遠(yuǎn)小于活載引起主梁撓度的改變量。因此，可以推斷失火對(duì)橋面線型的影響較小。

另外從實(shí)測(cè)橋梁線形無(wú)明顯變化也可以反推實(shí)際拉索的損傷遠(yuǎn)小于工況4假設(shè)。

(3)主塔彎矩。

主塔彎矩變化率的計(jì)算方法與拉索改變率相同。

對(duì)于南塔，僅標(biāo)高171.59 m處相對(duì)改變率較大，但其相對(duì)改變量值均為2 000 kN·m左右，而在塔根部，即使在最不利的工況4作用下，其相對(duì)改變率未超過(guò)1%;對(duì)于北塔，在各種工況下，雖拉索失火會(huì)引起拉索錨固區(qū)彎矩改變率達(dá)到3%左右，但在最不利受力截面—塔根部，彎矩的改變率依然未超過(guò)1%，故可以推斷拉索失火對(duì)主塔彎矩?zé)o影響。

(4)主梁彎矩。

失火前后主梁彎矩變化率如圖1所示。主梁彎矩變化率的計(jì)算方法與拉索改變率相同。

從圖1可知，拉索失火后將增加輔助跨主梁、主跨主梁正彎矩，但在最不利的工況4作用下，主跨主梁正彎矩的改變率為1.9%;邊跨主梁的最大正彎矩存減少趨勢(shì);主梁最大負(fù)彎矩的改變率在各種工況下均未超過(guò)0.5%。因此，拉索失火對(duì)主梁彎矩的改變率較小。

5 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)拉索索力、橋面線型、主塔彎矩和主梁彎矩的計(jì)算，拉索失火前后對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形的影響較少。但目前對(duì)于纜索類橋梁拉索在失火后的計(jì)算分析方法、手段等的研究還比較缺乏，計(jì)算結(jié)果的可靠性需在實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證。因此，在橋梁運(yùn)營(yíng)期間，應(yīng)縮短橋梁索力、線型等測(cè)試工作的間隔周期，以確保準(zhǔn)確掌握失火后橋梁結(jié)構(gòu)性能的變化。

圖1 拉索損傷后主梁彎矩改變率

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