淺析大連跨海大橋北大橋

黃娟娟

摘 要：北大橋跨海大橋均是懸索橋，從結(jié)構(gòu)、受力、振動三個方面進行簡化分析。對橋梁的定性理解有一定作用。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)；受力；振動

1 緒言

大連跨海大橋叫大連星海灣大橋，為中國首座海上地錨式懸索跨海大橋?？绾４髽蛉L約 6 千米，主橋 820 米，其中主橋主跨 460 米，兩側(cè)邊跨各 180 米。而大連北大橋為三跨簡支加勁桁架懸索橋，全長 230 米，中跨跨徑 132 米，橋?qū)?12 米。這兩座橋為大連最為著名的橋梁，且都為懸索橋。

2跨海大橋北大橋結(jié)構(gòu)分析

北大橋是典型的懸索橋，而跨海大橋的中間段為懸索橋。

以跨海大橋為例分析?？绾４髽虻闹虚g段懸索橋兩端可以看作一固定鉸支座一滑動鉸支座，橋梁主體是一桁架橋，采用鋼桁架（圖中并沒有畫出鋼桁架的結(jié)構(gòu)，而是簡化為一梁），可以上下兩個橋面進行通車。而索塔則是固定于海底地面。纜索懸掛于索塔上并固定于兩岸的支座上。纜索與橋梁之間有許多吊桿，用來承受橋梁及其上的重量，如圖1，而吊桿與纜索和橋梁之間可以看作是鉸接。由此可以看出，跨海大橋和北大橋都是以受拉的纜索為主要承重的橋梁。同時，兩索塔之間的距離也可以相對較大一些，橋梁相對于海面的距離也可以高一些，這樣可以讓海面上的一些船支通過橋底，提高了橋的靈活性。而且跨海大橋的抗風性能也特別好，跨海大橋位于大連的星海灣，處于海邊，時常會受到海風的影響。因此，跨海大橋的抗風性能一定要特別的好。

由圖1可以看出，橋梁主體為一端固定鉸支座一端滑動鉸支座，這樣可以避免由于橋梁主體的熱脹冷縮引起的內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生。提高了橋梁在季節(jié)交替溫度大幅變化時的安全性。

3跨海大橋北大橋的受力分析

由于跨海大橋和北大橋都是懸索橋，因此，受力分析時以跨海大橋為例。

跨海大橋所受的外力載荷主要為橋梁的自重和橋上的行人車輛的重量。這些力主要是豎直向下的，主要由橋梁兩端的支座和纜索來承受，纜索則把受到的力傳遞到索塔上，索塔是固定在海底的，所以最終由大地承擔大部分豎直向下的力。

跨海大橋懸索橋部分橋梁主體可以看作是一簡支梁，吊桿看作是受拉的鏈桿，也是簡支梁的多余約束。因此，如果簡單來看跨海大橋的結(jié)構(gòu)，則可以看作一個簡支梁的超靜定問題。

由于吊桿主要承擔橋梁的豎向荷載，因此對于吊桿要進行拉應(yīng)力的強度校核；同時，橋梁還要進行彎曲強度的校核。對于纜索則要同時進行彎曲強度和拉應(yīng)力強度的校核。由圖2可以看出，索塔承受的是壓力，因此要進行壓應(yīng)力的強度校核和穩(wěn)定性的校核。

4 跨海大橋振動分析

前面提到過跨海大橋位于星海灣，會經(jīng)常受到海風的干擾，使跨海大橋隨風振動。因此，跨海大橋的振動分析就尤為重要。在風荷載或者地震，車輛的影響下，橋梁會發(fā)生振動。若要研究其振動特點，首先要得到它的自振頻率和振型等分析要素。這時，可以把橋梁看作是多自由度的系統(tǒng)。簡化下，可以取少量的自由度，運用振動力學的知識求出不同的自振頻率以及相應(yīng)的振型，然后在對橋梁進行各方面的振動分析。

5結(jié)論

大連跨海大橋是采用鋼桁架的懸索橋，整體的跨度特別大。北大橋則是一個跨度一般的傳統(tǒng)懸索橋，結(jié)構(gòu)相對于跨海大橋比較簡單。對于跨海大橋北大橋的簡化問題，則可以看作是簡支梁的超靜定問題。其各種力學性能可以在這種簡化形式下進行計算。當然這種簡化誤差特別大，僅適用一些簡單分析。

參考文獻：

[1]龍馭球，包世華，袁駟，等.結(jié)構(gòu)力學[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]季順迎.材料力學[M].北京：科學出版社，2013.

[3]張亞輝，林家浩.，結(jié)構(gòu)動力學基礎(chǔ)[M].大連：大連理工大學出版社，2007.