车辆荷载作用下网式斜吊杆拱桥的稳定性分析.pdf

学兔兔 54 世 界 桥 梁 2014，42(4) 车辆荷载作用下网式斜吊杆拱桥的稳定性分析 编译 黄 清 (中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北 武汉430034) 摘 要：为了研究车辆荷载作用下网式斜吊杆拱桥的稳定性，以挪威布兰德昂格桑德桥为背景，采用s0FisTiK(2O1O)建立该 桥的结构模型，其中主梁和桥墩采用壳单元模拟，拱肋和风撑采用梁单元模拟，吊杆采用索单元模拟。选用了多种类型的荷 载对该桥主拱圈的整体失稳(整体模态)和一些构件的局部失稳(局部模态)进行分析。结果表明，在整体模态分析中，在半幅 主梁上施加满布荷载，当加载到极限荷载水平的1O．4倍时，结构失稳；在局部模态分析中，加载工况为将车道分别布置在主 梁的左侧或右侧，在加载到两倍极限荷载水平(恒载系数 =1．0，车辆荷载系数 一2．7)时，吊杆松驰、结构失稳。相比整体 模态，在车辆荷载水平相当低时就会出现结构局部失稳的局部模态，结构的缺陷会进一步降低网式斜吊杆拱桥屈曲抵抗 能力。 关键词：拱桥；网式斜吊杆；车辆荷载；稳定性；分析 中图分类号：U448．225；U441．5 文献标志码：A 文章编号：1671—7767(2014)04—0054一O5 1 引 言 曲前的位移会对屈曲行为产生重要的影响，在研究 网式斜吊杆拱桥是一种吊杆布置方式独特的系 网式斜吊杆拱桥稳定性时应给予充分的考虑。 杆拱桥，外形美观，经济性较好。在网式斜吊杆布置 Schanack(2O09)的方法在分析时考虑大位移理论， 体系中，每根倾斜布置的吊杆至少与其它 2根倾斜 加载量要缓慢地增加，直到结构丧失稳定性；通过查 方向相反的吊杆交叉。 找最终状态下的刚度矩阵特征值，采用最后一个加 网式斜吊杆拱桥与竖直吊杆系杆拱桥最主要的 载步的切线刚度和一个分叉模态的临界值，可以确 区别是吊杆的布置方式。竖直吊杆系杆拱桥的主梁 定结构发生屈曲前的位移。 及拱肋本身承受的剪力和纵向弯矩相对较大；网式 Schanack(2009)的方法主要考虑均布荷载工况 斜吊杆拱桥中吊杆网的作用相当于 1个桁架，在均 作用下拱桥的受力情况 该方法假设在结构屈曲之 布荷载作用下，拱肋和系杆主要承受轴向力。数目 前，吊杆一直处于受拉状态。桥梁结构设计中应该 众多的斜吊杆可以在拱圈发生面内屈曲的时候发挥 考虑将大部分的恒载和瞬态荷载看做是顺桥向的合 稳定结构的作用。吊杆的布置方式使网式斜吊杆拱 理均布荷载，但是车辆荷载例外，因为车辆荷载可能 桥的位移减小，动力行为与传统的系杆拱桥不同；局 会集中出现在梁端或主梁的某个区域。当一辆车行 部力矩的降低及屈曲安全性的提高为设计极度纤细 驶在主梁的某个部位时，某一根吊杆的拉应力降低， 的系杆拱桥创造了条件，可减少材料用量，降低 将这种交通车辆荷载小幅缓慢增加，直到达到一个 成本。 临界点，此时目标吊杆中的所有的拉应力均得到了 网式斜吊杆拱桥与桁架的结构受力行为相似， 补偿，吊杆变松弛，目标吊杆与拱肋屈曲之间的稳定 即所有的吊杆在主梁恒载作用下均受拉。附加瞬态 函数关系不存在。由于网式斜吊杆拱桥结构行为特 荷载会使一些吊杆的索力减小，而使其它吊杆的索 殊，使1根吊杆拉应力减小的荷载类型也可能会使 力增大。