索輔梁橋斜拉索破損對其余斜拉索索力的影響分析

趙 亮 王鳳彪

(山東交通學院，山東 濟南 250357)

0 引言

索輔梁橋是由我國鄧文中院士提出[4]，它是介于斜拉橋和矮塔斜拉橋之間的一種新的結(jié)構(gòu)體系。在城市橋梁跨徑不大時，考慮主梁承載能力不一情況下，充分發(fā)揮主梁及斜拉索的承載能力。它是以主梁為主要承載構(gòu)件而拉索作為輔助承載構(gòu)件，利用拉索來提高主梁剛度，進而滿足受力要求。

1 工程概況

自由路洪溝河橋是費縣東城新區(qū)東西向交通要道跨越景觀改造后洪溝河大水面的節(jié)點工程，道路紅線35.5 m。橋型布置為85 m+65 m=150 m獨塔中間雙索面斜拉橋(見圖1)。主塔墩采用塔梁固結(jié)體系并配有兩個邊墩。橋面布置：2.0 m(人行道)+2.5 m(非機動車道)+10.5 m(車行道)+5.5 m(錨索區(qū)兼中央分隔帶)+10.5 m(車行道)+2.5 m(非機動車道)+2.0 m(人行道)=35.5 m。

1.1 主塔

橋塔采用鋼混組合結(jié)構(gòu)，分為24.45 m長的鋼塔柱及28.26 m的混凝土段，其中鋼混段為2.5 m。其中鋼塔柱分為5個節(jié)段D0,D1,D2,D3,D4，其中D0為鋼混結(jié)合段其余為主要受力節(jié)段?；炷炼尾捎肅55混凝土現(xiàn)場澆筑。

1.2 主梁

主梁為單箱七室箱梁，為平衡中跨側(cè)跨索不平衡對主塔的影響，對側(cè)跨主梁采取增重措施及頂?shù)装寮雍?，頂?shù)装寰雍?5 cm。且塔梁結(jié)合段寬度為8 m，拉索錨固區(qū)寬度為70 cm，端橫梁寬度為2.5 m。

1.3 斜拉索

斜拉索采用扇形布置形式，采用張拉錨固方便的φ7高強鍍鋅平行鋼絲束，鋼絲強度Ry=1 670 MPa，共計12對斜拉索，斜拉索在梁上索距5 m，塔上索距2 m。斜拉索采用雙層PE護套，外層PE護套的顏色根據(jù)景觀要求確定。

2 Midas有限元模型建立

為了探討索輔梁橋斜拉索破損對其余拉索索力的影響分析，我們對自由路洪溝河大橋進行完整建模，在建模過程中，全橋共建有136個節(jié)點，109個單元，21個截面，其中包含有2個變截面組。斜拉索共有24根，采用只受拉桁架單元進行模擬。兩平行斜拉索與主梁進行剛性連接，主墩兩邊墩進行彈性連接中的剛性。全橋施工階段采用一次成橋，中跨跨中橫斷面結(jié)構(gòu)圖見圖2，Midas全橋建模模型見圖3。

橋梁計算采用的材料參數(shù)均查詢公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[5]后確定。為分析索輔梁橋斜拉索對其余拉索索力的影響，我們對在橋梁二期鋪裝后的成橋狀態(tài)下分析吊桿破損最不利情況及最有利情況下斜拉索破損對其余斜拉索的影響。全橋索力值見表1，由Midas后處理結(jié)果我們可知在斜拉索79,80單元兩根拉索應力最大達到619.9 MPa，在20,21單元兩個拉索應力最小為515.9 MPa。通過鈍化索單元來模擬拉索破損。我們各選取一根拉索進行鈍化，來研究此鈍化后的拉索對其余無破損斜拉索索力值的變化。此外我們選取85 m跨的38號短索進行鈍化并分析研究。索兩端應力值幾乎相同，再次我們只取一端應力即可。

表1 全橋索力值 MPa

3 拉索破損對其余拉索索力的影響

表2 80號拉索破損與拉索完整差值 MPa

1)將80號拉索鈍化后在Midas后處理結(jié)果見表2。我們可以得出，在80號拉索破損時，與80號拉索同側(cè)的拉索索力均有所增大，且在75號增值最大達到35 MPa,同比增幅5.8%。離80號越遠增幅越小。在另一側(cè)拉索索力均有所減小且減小較均勻。在11 MPa～14 MPa左右。

表3 20號拉索破損與拉索完整差值 MPa

2)將20號拉索鈍化后在Midas后處理結(jié)果見表3。我們可以得出，在20號拉索破損時，與20號拉索同側(cè)的拉索索力均有所增大，且在21號，23號增值最大達到35.4 MPa,同比增幅6.9%。離20號越遠增幅越小。在另一側(cè)拉索索力均有所減小，且離的越遠減小幅度越大B6索減幅約為B1索的3倍，在90號減幅達到最大值為41.5 MPa，同比減少7.8%。

表4 38號拉索破損與拉索完整差值 MPa

3)將38號拉索鈍化后在Midas后處理結(jié)果見表4。我們可以得出，在38號拉索破損時，與38號拉索同側(cè)的拉索索力均有所增大，且在平行索39號增值最大達到30.1 MPa,同比增幅5.8%。離38號越遠增幅越小且變化快到邊索僅增幅6.4 MPa。在另一側(cè)拉索索力均有所減小，且減小幅度較均勻在5 MPa～8 MPa左右。

4 結(jié)語

通過對自由路洪溝河大橋進行建模分析并分別對20,80,38索單元進行鈍化并運行分析后得到以下結(jié)論:

1)當索力最大拉索破損時，同跨的拉索索力均有所增幅，且離破損索越近增幅越大；與之最近拉索增加了35 MPa。而另一側(cè)索力均有所減小，且減幅較均勻。2)當索力最小拉索破損時，與之最近的21，23均增加了35.4 MPa，另一側(cè)拉索索力均減小且離之越遠增幅越大。3)短索破損后，在平行索39號增值最大達到30.1 MPa。離38號越遠增幅越小且變化快到邊索僅增幅6.4 MPa。在另一側(cè)拉索索力均有所減小，且減小幅度較均勻。

[1] 臨沂市費縣自由路洪溝河大橋設計施工圖[Z].

[2] 林元培.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，2004:5.

[3] 葛俊穎.橋梁工程軟件Midascivil使用指南[M].北京：人民交通出版社，2013:30.

[4] Man-Chung Tang.Rethinking Bridge Design:A New Configuration[J].Civil Engineering Magazine,2007,77(7):38-45.

[5] JTG D6—2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].