陳 琦

南陽市市政工程總公司（473000）

拱橋短吊桿在振動(dòng)作用下的破損分析及應(yīng)對(duì)措施

陳 琦

南陽市市政工程總公司（473000）

通過對(duì)中、下承式拱橋柔性短吊桿的受力特性和破壞機(jī)理進(jìn)行分析，詳細(xì)闡述了在振動(dòng)作用下短吊桿的結(jié)構(gòu)行為影響因素，并對(duì)短吊桿的破壞提出了應(yīng)對(duì)措施，以期推動(dòng)拱橋的發(fā)展。

中、下承式拱橋；短吊桿；振動(dòng)作用；結(jié)構(gòu)行為

柔性短吊桿在拱橋中的廣泛使用促使拱橋的跨徑逐步增大，但是相當(dāng)一部分拱橋的吊桿在通車后不久，就出現(xiàn)了不同程度的損壞，甚至造成橋梁垮塌[1]。

這里通過對(duì)宜賓市金沙江南門大橋和重慶市綦江人行橋等事故的分析發(fā)現(xiàn),拱橋發(fā)生橋面垮塌，主要原因是短吊桿在振動(dòng)作用下破損，繼而造成整座橋梁的垮塌。因此，對(duì)短吊桿在振動(dòng)作用下的破壞機(jī)理進(jìn)行研究，是推動(dòng)拱橋進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。

1 短吊桿受力特性

在中、下承式拱橋中，短吊桿離拱腳最近，自由長度最短，抗彎剛度相對(duì)變大。在振動(dòng)作用下，吊桿上下端的相對(duì)位移使短吊桿承受較大的附加彎矩，彎曲次應(yīng)力超過短吊桿及其防護(hù)的承受能力，短吊桿從而破損。另外，短吊桿的下端處于反復(fù)彎曲狀態(tài),引發(fā)微裂縫的產(chǎn)生，從而大大降低了短吊桿的抗疲勞能力[1]。

拱橋的振動(dòng)主要包括車輛、環(huán)境等因素引起的豎向、橫向和縱向振動(dòng)[2]。

2 短吊桿在振動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)行為的影響因素

2.1 吊桿橫向振動(dòng)

在拱橋整體結(jié)構(gòu)振動(dòng)中，拱肋和立柱的變形相對(duì)吊桿要小得多,可忽略不計(jì)[2]。短吊桿的固有頻率比長吊桿的高。在動(dòng)荷載作用下，短吊桿受到的沖擊比長吊桿大得多，甚至達(dá)到兩倍，這對(duì)短吊桿是很不利的。另外,沖擊影響過大會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件應(yīng)力幅值增大，這對(duì)短吊桿也是很不利的。

2.2 橋面不平以及車速影響造成的豎向振動(dòng)

車輛以一定的速度在橋上行駛時(shí)產(chǎn)生的沖擊作用會(huì)使橋梁的內(nèi)力和變形較靜荷載時(shí)增大。沖擊作用的大小受線路狀態(tài)、車輛類型、橋梁結(jié)構(gòu)型式和跨度等因素的影響[3]。

短吊桿處于懸吊橋面和支承橋面交接處附近，因?yàn)樵O(shè)置伸縮縫，造成橋面的不平順，車輛經(jīng)過時(shí)發(fā)生跳車,產(chǎn)生豎向振動(dòng)，因此短吊桿所受的豎向沖擊作用較大。另外，車輛經(jīng)過橋面縱向變坡點(diǎn)時(shí)，也會(huì)引發(fā)橋面的豎向振動(dòng),使短吊桿承受豎向沖擊力。

2.3 橋面縱向振動(dòng)

車輛在加速和減速過程中產(chǎn)生的縱向力，使橋面產(chǎn)生縱向變位，同時(shí)伴隨縱向振動(dòng)。橋面縱向力由橋面兩端支座的摩擦力、伸縮縫端部的反向作用力和短吊桿端部的剪力來承擔(dān)，但由于橋跨結(jié)構(gòu)的剛度較大，各短吊桿下端的變位比較接近。對(duì)短吊桿而言,彎曲和剪切作用產(chǎn)生的彈性應(yīng)變較大，拉索一部分鋼絲的拉力和剪力也相應(yīng)比長吊桿要大[4]。

可見，在車輛縱向力作用時(shí)，橋面容易產(chǎn)生縱向振動(dòng),由此短吊桿受到較大的拉力、彎矩和剪力。

3 應(yīng)對(duì)措施

為改善短吊桿受力情況,確保安全,可從以下幾個(gè)方面著手[2]:

1）增加短吊桿長度,降低固有頻率。一般短吊桿上端與拱肋底板連接，下端與橫梁上緣連接。為增加短吊桿長度,建議將短吊桿與拱肋上緣連接,下端與橫梁下緣連接,可有效降低固有頻率。2）增加短吊桿面積,降低固有頻率。短吊桿處可并排加設(shè)一根吊桿，使單位長度短吊桿的質(zhì)量增加,短吊桿拉力可降低,固有頻率也可降低。3）短吊桿的兩端由固結(jié)改為鉸結(jié)或半鉸結(jié)，這可大大降低其剪切變形，降低固有頻率。4）改進(jìn)拱肋與橋面、橋面與短吊桿連接處的構(gòu)造,解除或減少橋面對(duì)短吊桿的約束,以改善短吊桿的受力。5）設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮短吊桿動(dòng)力效應(yīng),除應(yīng)在整體上考慮橋梁沖擊系數(shù)外，還應(yīng)對(duì)短吊桿動(dòng)力影響進(jìn)行單獨(dú)驗(yàn)算,以確保安全。

[1]李元兵,張啟偉.振動(dòng)對(duì)拱橋短吊桿截面應(yīng)力分布的影響[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,2.

[2]顧安邦,徐君蘭.中、下承式拱橋短吊桿結(jié)構(gòu)行為分析[J].公路,2002,5.

[3]孫學(xué)子.系桿拱橋吊桿的受力分析及壽命預(yù)測(cè)[D].北京交通大學(xué)碩士畢業(yè)論文,2010,6.

[4]張鶴,張治成,等.月牙形多拱肋鋼管混凝土桁架拱橋動(dòng)力沖擊系數(shù)研究[J].工程力學(xué)2008,7.