張瑜 孔祥凱

摘要：隨著交通事業(yè)的迅速發(fā)展，我國在橋梁結(jié)構(gòu)的建設(shè)中投入了大量的精力，在建橋的同時(shí)尤其注重橋梁安全。斜拉橋是一種最為常見的并且被廣泛利用的橋梁結(jié)構(gòu)，作為一種拉索體系，有著比梁式橋跨越能力大的優(yōu)點(diǎn)，因此成為大跨度橋梁的最主要橋型。拉索作為整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的主要受力結(jié)構(gòu)，直接影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。由于拉索結(jié)構(gòu)纖細(xì)，是斜拉橋結(jié)構(gòu)體系中最為敏感的構(gòu)件，在橋梁正常運(yùn)營狀態(tài)即列車荷載的影響下很容易為了使橋梁結(jié)構(gòu)給人們提供安全可靠的服務(wù)，有必要研究斜拉橋在運(yùn)營狀態(tài)下列車荷載對主桁節(jié)點(diǎn)撓度和拉索索力的變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；列車荷載；撓度；索力

1 引言

斜拉橋是一種由主塔與鋼纜組成來支撐橋面的橋梁，是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁[1]，主要由索塔、斜拉索、主梁組成，其中索塔承受壓力，拉索承受拉力，梁體受彎，可看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁[2]。

課題主要以武漢天興洲長江大橋?yàn)楣こ瘫尘?，通過大型有限元軟件ANSYS建立武漢天興洲長江大橋正橋斜拉橋模型，得到斜拉橋成橋狀態(tài)下的各拉索索力[3]，并模擬該模型在拉索無損傷時(shí)列車通過全橋，得到列車荷載對梁體撓度和拉索索力的影響規(guī)律。

2 工程背景

武漢天興洲長江大橋?yàn)殡p層公鐵兩用橋，采用雙塔三索面鋼桁斜拉橋，斜拉橋主梁為板桁結(jié)合鋼桁梁，N形桁架，三片主桁，桁寬2×15 m，桁高15.2 m，節(jié)間長度14 m；主塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；每塔兩側(cè)各有3×16根拉索，斜拉索為鍍鋅平行鋼絲，雙層PE護(hù)套，冷鑄錨。鋼桁梁上索距14 m，相鄰索面中心距15 m；斜拉索下端錨固于主桁上弦節(jié)點(diǎn)錨箱內(nèi)，上端錨固于上塔柱鋼錨梁內(nèi)，斜拉索上端為張拉端。

橋墩從漢口到武昌依次為0#墩至5#墩；由于武漢天興洲長江大橋的結(jié)構(gòu)對稱性，僅對2#塔中間索面主跨和邊跨拉索及正橋中間索面主桁下弦節(jié)點(diǎn)撓度進(jìn)行分析。主桁下弦節(jié)點(diǎn)編號規(guī)定：斜拉橋主桁從0#墩至中孔跨中的下弦節(jié)點(diǎn)用字母“E”表示，其數(shù)值依次從0至39，即E0～E39，而從5#墩至中孔跨中的下弦桿節(jié)點(diǎn)用字母“E'”表示，數(shù)值從0至38，即E'0～E'38。拉索編號規(guī)定：從2#塔至跨中依次是S1至S16，2#塔至邊跨依次為S'1至S'16；索力以拉為正，撓度向上為正。

3 列車荷載的加載方式

為分析梁體撓度的變化規(guī)律，規(guī)定以0#墩對應(yīng)節(jié)點(diǎn)E0為下行列車荷載作用起始點(diǎn)，以5#墩對應(yīng)節(jié)點(diǎn)E'0為上行列車荷載作用起始點(diǎn)，靜力加載完成后提取出全橋各節(jié)點(diǎn)在列車荷載不同位置時(shí)的索力和撓度值，并畫出各節(jié)點(diǎn)在列車荷載作用下索力和撓度變化曲線。篇幅限制，僅對貨車四線同時(shí)下行這種最不利情況進(jìn)行分析計(jì)算。

索力變化曲線上縱坐標(biāo)表示各拉索索力變化值，橫坐標(biāo)表示列車荷載過橋位置；撓度變化曲線上縱坐標(biāo)表示主桁各節(jié)點(diǎn)撓度隨列車荷載作用的變化值，橫坐標(biāo)表示列車荷載過橋位置。

規(guī)定：撓度變化值=列車過橋時(shí)主桁各節(jié)點(diǎn)的預(yù)拱度值-大橋完好狀態(tài)下初始預(yù)拱度值

索力變化值=列車過橋時(shí)的索力值-大橋完好狀態(tài)下初始索力值。

4.列車過橋時(shí)梁體撓度與索力變化

列車單機(jī)四線下行從橋梁一端一起向另一端行駛，隨著車輛荷載的移動(dòng)，主桁各節(jié)點(diǎn)的撓度也隨之變化。列車荷載作用下，2#塔中間索面主跨和邊跨拉索索力變化曲線分別見圖1（a）、圖1（b）；中間索面主跨和邊跨拉索與梁體錨固點(diǎn)處的下弦節(jié)點(diǎn)撓度變化曲線分別見圖2（a）、圖2（b）。

列車單機(jī)四線同時(shí)下行，由圖1（a）和圖1（b）分析可知：

2#塔中間索面各拉索索力變化規(guī)律與列車荷載作用位置有關(guān)，列車荷載作用位置越靠近拉索與梁體錨固點(diǎn)處的主桁下弦節(jié)點(diǎn)，索力變化值越大，當(dāng)正好作用在此位置時(shí)索力變化值達(dá)到整條曲線的最大值。列車距離越遠(yuǎn)，對索力的影響越小。

列車單機(jī)四線同時(shí)下行，由圖2（a）和圖2（b）分析可知：

當(dāng)荷載運(yùn)行在0#塔～1#塔之間節(jié)點(diǎn)位置時(shí)，E4～E6產(chǎn)生下?lián)希⒊霈F(xiàn)尖點(diǎn)，E7～E19出現(xiàn)上撓，但撓度變化不明顯。荷載作用在2#塔邊跨節(jié)點(diǎn)處，邊跨拉索與梁體錨固點(diǎn)處對應(yīng)的主桁下弦節(jié)點(diǎn)撓度變化值出現(xiàn)尖點(diǎn)，E14產(chǎn)生撓度變化最大值15.099 mm，荷載繼續(xù)向X軸方向移動(dòng)，在2#塔主跨節(jié)點(diǎn)處，主跨拉索與梁體撓度錨固點(diǎn)對應(yīng)的主桁下弦節(jié)點(diǎn)處的撓度明顯下?lián)?，其兩?cè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生輕微上撓。

5 結(jié)論

主梁拉索索力與主桁下弦節(jié)點(diǎn)撓度變化均受列車荷載作用位置的影響，隨著車輛荷載作用位置靠近主桁某個(gè)下弦節(jié)點(diǎn)，該處主桁下弦節(jié)點(diǎn)撓度變化值和索力變化值也隨之增大，在此處出現(xiàn)明顯的尖點(diǎn)；隨著車輛荷載的遠(yuǎn)離，對此處節(jié)點(diǎn)的影響越來越小。

參考文獻(xiàn)

[1]曾廣彬.大跨徑連續(xù)梁橋施工技術(shù)[J].交通科技，2018，S（1）：1140-1142.

[2]王大寶，魏海偉.南京長江大橋動(dòng)力特性試驗(yàn)分析[J].交通科技，2018，（3）：65-67.

作者簡介：張瑜，1991.03，漢族，河北省衡水人，碩士研究生，山東公路技師學(xué)院，初級，從事工作：教師。

孔祥凱，1991.09，男，漢族，山東省曲阜人，碩士研究生，山東省交通科學(xué)研究院，助理工程師，從事工作：工程檢測。

（作者單位：1.山東公路技師學(xué)院；

2.山東省交通科學(xué)研究院）