白浪河大橋鋼桁架結構可行性分析研究

馬建寧，余 沛，孫旭平，袁銀書

(1.濰坊濱海經濟技術開發區交通運輸局，山東濰坊262737;2.中建六局土木工程有限公司，天津300345;3.商丘工學院 土木工程學院，河南 商丘476000)

隨著經濟的快速發展，基礎設施建設越來越受到重視，特別是橋梁的建設，逐漸成為一個地方經濟發展的見證，成為地方的代表性建筑［1］。2009年建設的“天津之眼”慈海橋把橋和摩天輪結合起來，是新型鋼桁架與摩天輪復合結構體系橋梁的代表［2］。王小盾等［3］對新型斜拉橋和摩天輪組合結構動力性能分析進行研究，建立了新型橋梁與摩天輪組合的模型;陳偕民等［4］通過考慮非線性效應，對橋梁靜力與自振特性進行了分析研究。這些研究都為建設新型橋梁提供了一些有益的參考，但對無軸式摩天輪與橋梁的研究很少，濰坊白浪河大橋作為世界上第一個最大的無軸式編制網格摩天輪與橋梁的組合，是橋梁建設的又一進步，所以對橋梁鋼桁架的安全與穩定性分析非常重要。

1 工程概況

白浪河大橋跨徑布置為(5×35)+(45+50+50+45)+(5×35)，總長540 m。其中主橋為45 m+50 m+50 m+45 m的雙層鋼桁架橋，全長190 m，主橋上部結構連續鋼桁架結構，位于摩天輪中心處，橋梁總寬47.7 m，5－9#墩為主橋。

桁架橋由上下兩層組成，上層為機動車道，橋面為混凝土橋面;下層為非機動車和人群以及摩天輪活動區，采用4片主桁，各片主桁尺寸完全一致，主桁中心距為10.6 m+10.9 m+10.6 m，下層橋面為鋼橋面;主桁之間通過上、下的縱橫梁連接，上縱梁和上橫梁上設置混凝土疊合層傳遞汽車活載，主桁采用不帶豎桿的三角形腹桿體系，底面水平，頂面隨縱坡變化，主桁上下弦桿中心高差4.484 ～5.38 m，鋼桁架梁全高5.379 ～6.28 m。

2 模型建立及荷載取值

2.1 平面、立面及斷面模型

采用Midas2013按照圖紙尺寸建立模型，見圖1。

2.2 各作用的取值

結構自重:二期恒載，18 cm鋪裝，防撞護欄，人行道欄桿等;活載等級，城市－A級，雙向6車道，縱橫向折減系數按規范取值;人群荷載，3.0 kN/m2;體系溫差，按升降溫30℃考慮;梯度溫差，橋面板上下緣溫差按新規范考慮;不均勻沉降，10 mm;風荷載，考慮橫橋向風荷載，基準風壓W0=0.45 kN/m2，按 A 類地表粗造度，K0=1，K1=1.11，K2=1.19，K3=1，K5=1.38，風壓標準值Wh=1.35 kN/m2;收縮許變，橋面板收縮許變按3 650天考慮。

3 分析結果

3.1 反力計算及結構變形分析

根據取值結果，利用Midas2013軟件對鋼桁架橋梁進行分析，反力計算結果如表1所示，結構變形驗算，如圖2所示。全橋鋼結構用量5 344 t，5#與9#橋墩沉降一致，6#與8#橋墩沉降一致，主橋中間7#橋墩沉降最大;6#與8#橋墩由于是摩天輪的主要承載結構，恒載較其他橋墩大，活載次之;鋼桁架橋梁的恒載撓度最大值為28 mm，活載最大撓度31 mm，符合規范及安全性要求。

表1 反力計算結果總表Tab.1 The calculation results of counterforce

3.2 靜力計算分析

通過對鋼桁架主橋各項荷載組合，荷載分項系數1.0，全橋最大包絡組合應力為上橫梁171 Mpa，最小包絡組合應力為下橫梁78 Mpa，見圖3。

3.3 主橋穩定驗算分析

通過將自重和荷載質量轉化到x、y、z三向，共計算20種模態，第一階段為橫向振動，橫向自振頻率為2.6 Hz，豎向振動出現在第6模態，豎向自振頻率為4.2 Hz，模型圖如圖3所示。穩定系數定義為N(恒載+活載+風荷載)=結構穩定極限狀態，通過計算20種模態，計算出的穩定系數N=30，故結構整體穩定安全。

4 結論

通過建模分析，濰坊白浪河大橋主橋鋼桁架橋具有可實施性，按照擬定尺寸，計算其穩定系數為30，結構能夠滿足規范的各項變形、應力、穩定性等要求，結構具有較高的安全可靠性。

［1］項海帆.高等橋梁結構理論［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］馮偉，宋平安.慈海橋的新型鋼桁架橋和摩天輪復合結構體系［J］.土工基礎，2008(1):80－82.

［3］王小盾，石永久，王元清.新型斜拉橋和摩天輪組合結構動力性能分析［J］.工程抗震與加固改造，2006(1):25－30.

［4］陳偕民，劉 青.考慮非線性效應的斜拉橋靜力分析和自振特性分析［J］.工程力學，1996(增刊):276－280.