彭小明 王飛

中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京100088

拱是一種能與自然環(huán)境和諧相融的結(jié)構(gòu)形式，給人以一種渾然天成的美感。鋼桁拱剛度大，其穩(wěn)定性和抗震性能好，在我國城市橋梁中具有較強(qiáng)的競爭力。本文結(jié)合工程實(shí)例，探討其靜動力特性。

1 工程概況

某鋼桁拱橋，雙向六車道，公路I級。上、下弦線形均采用二次拋物線；主桁采用變高度的“N”行桁式，全橋采用變節(jié)間布置，拱肋上下弦設(shè)有平縱聯(lián)。橋面結(jié)構(gòu)為正交異性鋼橋面板，厚14mm，采用閉口“U”肋結(jié)構(gòu)，橫隔板縱向按3m一道設(shè)置。主桁結(jié)構(gòu)材質(zhì)采用Q420qD和Q370qD，其余采用Q345qD。主桁節(jié)點(diǎn)主要采用M30高強(qiáng)度螺栓連接，聯(lián)結(jié)系采用M24高強(qiáng)度螺栓。

圖1 不同工況下索力變化圖

2 靜力分析

利用MIDAS Civil建立了有限元分析模型，共有節(jié)點(diǎn)1504個，單元3519個單元，其中主桁桿件和聯(lián)結(jié)系采用空間梁單元模擬，吊桿采用只受拉桿單元模擬。

實(shí)際運(yùn)營中吊桿的健康狀態(tài)對于拱橋的安全而言，至關(guān)重要。多數(shù)拱橋的垮塌和斷裂等重大事故大多與其有關(guān)，若能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，是可以避免的。這里拱肋采用梁單元模擬，吊桿采用只受拉桿單元模擬，橋面系采用梁格體系，建立精細(xì)分析模型，精確計(jì)算，為設(shè)計(jì)和后期監(jiān)測提供參考。

本文分析恒載+活載作用下吊桿損傷對拱橋性能的影響。由于結(jié)構(gòu)的對稱性，通過截面積的變化和單側(cè)吊索分析來研究吊桿損傷。分跨中吊桿損傷20%及40%（即截面積減少）、最外側(cè)吊桿損傷20%及40%、吊桿完整等5種計(jì)算工況計(jì)算拱橋內(nèi)力影響，結(jié)果如圖1(僅示出1/2桁吊桿)。

由圖1可知，吊桿剛度由于損傷而減小，導(dǎo)致索力重分布?？缰械鯒U損傷僅對其周圍小范圍內(nèi)其他吊桿有影響，影響大小和損傷程度有關(guān)。最外側(cè)吊桿損傷，由于能分擔(dān)的拉力減小，從而使其相鄰吊桿的拉力增大，導(dǎo)致局部吊桿拉力增大。因此，單根吊索損傷會導(dǎo)致其自身張力減小，相鄰吊索的張力增大。

3 動力分析

自振特性（自振頻率和振型）是橋梁結(jié)構(gòu)的固有特性，反映了橋梁的剛度指標(biāo)，是橋梁抗風(fēng)抗震設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)。在抗風(fēng)抗震分析中，結(jié)構(gòu)的動力特性分析是不可或缺的。實(shí)際振型是豎向、縱向、橫向和扭轉(zhuǎn)四種基本振型中幾種或全部在空間上的耦合。經(jīng)計(jì)算，鋼桁拱橋成橋狀態(tài)的前6階頻率和振型詳見表1，圖2。

表1 成橋自振特性

圖2 振型圖

4 結(jié)語與建議

1）通過對吊桿損傷分析研究，發(fā)現(xiàn)吊桿損傷通過對結(jié)構(gòu)剛度的影響導(dǎo)致靜張力重分布，使局部桿件內(nèi)力增大，打破原有結(jié)構(gòu)內(nèi)力平衡，不利于正常使用狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)安全。

2）從結(jié)構(gòu)的動力特性分析來看，結(jié)構(gòu)體系的面外剛度稍弱，可以通過其他輔助措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)。

[1]彭小明.大跨度鋼桁架拱橋仿真計(jì)算分析[D].北京:北京交通大學(xué),2008.

[2]陳仁福.大跨懸索橋理論[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,1994.

[3]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制[M].北京:人民交通出版社,2000.

[4]TB 10002.2-2005，鐵路橋涵鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社,2005.

[5]JTJ025-86,公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,1988.

[6]GB 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社,2003.