大跨度鋼結構人行懸索橋受力性能對比分析

王志偉

攀鋼集團工程技術有限公司 四川 攀枝花 617000

1 工程概況

本文的人行懸索橋主跨達到了188m，橋梁的整體長度為287m，矢高達到了12.533m，矢跨比是1/15。橋梁的整體寬度是3m，采取了鋼化夾層玻璃作為橋面制作材料。雙纜體系下的頂纜矢高達到了11.753m，矢跨比是1/16，底纜矢高達到了13.431m，矢跨比是1/14。

2 有限元模型

本次研究主要使用了Midas/Civil有限元軟件來構建了一個整體橋梁空間模型，按照基本參數來劃分出不同的網格，單纜橋模型包含了595個節點以及1084個單元，其中吊桿以及主纜共計有250個單元；雙纜橋模型包含了720個節點以及1084個單元，其中共計493個主纜以及吊桿單元數。針對這兩種體系的橋梁統一了邊界條件，使用剛性連接的方式來溝通主塔頂橫梁與主纜，在主纜錨固處以及塔底部分則采取了固結的方式[1]，懸索橋主要構件材料參數如表1所示。

表1 懸索橋主要構件參數

3 受力分析

3.1 人群荷載作用分析

本橋人群荷載按照3.5kN/m2為基礎進行計算，通過有限元分析軟件來把人群荷載加載至橋面板之中，能夠獲取相應的主纜內力分布結果。其中，單纜體系下的主跨塔頂主纜張力達到了1218.7kN，雙纜體系下的主跨塔頂頂纜的最大張力達到了550.8kN，底纜的最大張力達到了708.0kN。由此能夠看出，受到人群荷載之后，懸索橋的底纜會分擔數量更多的荷載，相比之下超過了頂纜所承受荷載的1.3倍。接著對主梁單元的彎矩包絡圖進行獲取，然后通過軟件得出人群荷載作用下的主梁豎向撓度圖，從圖中能夠得知，兩種體系在主梁豎向撓度這方面的變化趨勢差別不大，呈現出一種W形的撓度曲線，并且在1/4L和3/4L處取得最值。雙纜體系下最大下撓為319.5mm，單纜體系下最大下撓為367.8 mm，減小約 15%。

3.2 風荷載作用分析

按照P=100這一標準來選取懸索橋的風速，其數值為26.0m/s，風壓為0.423kN/m2，通過相應的公式就能夠得出橫向風荷載數值，這樣一來在風荷載作用下的塔底彎矩以及梁端位移情況就呼之欲出。從所獲得的結果來看，單纜體系下的梁端位移為106.597mm，雙纜體系下的梁端位移為75.305mm，相比之下下降了29.4%。單纜體系下的塔底彎矩為106.597mm，雙纜體系下的塔底彎矩為75.305mm，相比之下下降了29.4%。

3.3 自振特性

對懸索橋而言，自振特性在很大程度上影響到其結構的安全性。借助于有限元軟件Midas/Civil成功建立兩種結構體系的整體空間模型，對前十階頻率實施分析研究能夠得出如下結果：單纜結構的1階對稱側彎頻率是0.173Hz，而雙纜結構體系的1階對稱側彎頻率是0.185Hz，相對提高了6.6%。同時雙纜結構的豎彎頻率、和側振頻率也相對增加，證明其安全性相對增強[2]。

4 結束語

本文對雙纜和單纜結構體系的具體性能展開研究，得出如下幾點結論：一是人群荷載作用下，雙纜結構體系主梁彎矩變化更加穩定，撓度相對單纜結構低15%；二是橫風荷載情況下，雙纜與單纜體系的主梁彎矩以及撓度變化趨勢基本相同，雙纜體系彎矩以及撓度低于單纜；三是雙纜結構體系的側彎、豎彎以及豎振頻率相對單纜而言更高，雙纜結構體系表現出更強的力學性能，具備更高的穩定性和安全性。