交通肇事對四方臺松花江斜拉橋梁受損斜拉索影響的仿真分析

段鋼文

(黑龍江省收費公路管理局)

交通肇事對四方臺松花江斜拉橋梁受損斜拉索影響的仿真分析

段鋼文

(黑龍江省收費公路管理局)

采用有限元分析法，對受火災影響的斜拉橋斜拉索得工作性能進行仿真分析，以評定受損斜拉索對橋梁的使用性能的影響。

有限元;斜拉橋;斜拉索

1 概述

哈爾濱松花江四方臺大橋全長1 268.86 m，主橋長696 m，引橋長572.86 m。由于交通肇事，有2根斜拉索受到火災影響。為了保證斜拉橋的使用安全性能，對受損索力對橋梁靜力性能進行仿真分析。

2 拉索整索力學性能測試

確定采用有限元模擬的方式分析四方臺大橋斜拉索失火對大橋技術狀況的影響，具體的分析手段是降低有限元模型中失火拉索(邊索S12、S13)的彈性模量，并與過火前的相應數據進行對比，以分析斜拉索過火對橋梁靜力性能的影響。

3 計算模型與計算參數

采用Midas Civil2006對四方臺大橋進行有限元建模分析，分析經歷火燒前后的四方臺大橋在活載作用下的受力變化。采用4個工況，分別為(1)主跨主梁最大正彎矩(中載);(2)主跨主梁最大正彎矩(偏載);(3)主跨最大撓度(中載);(4)主跨最大撓度(偏載)。

該有限元模型采用單主梁模型。本次計算架設橋梁的受力和變形均在線彈性范圍內，不考慮材料的塑性變形。

考慮到四方臺大橋與鶴洞大橋起火原因不同，為更為安全地考慮拉索失火后結構性能的變化，將彈性模量的損傷較試驗值增大十倍，即彈性模量從2%依次降低到20%，計算工況如表1所示。

因拉索為受拉構件，其抗拉能力與彈性模量E和截面面積A的乘積EA相關，則將彈性模量降低，相當于將截面面積減少，即模擬拉索中部分鋼絲斷絲，彈性模量減少20%，相當于拉索中20%的鋼絲退出工作。

表1 計算工況表

4 計算結果

在本次計算中，僅采用恒載效應+活載效應來考慮拉索失火后對結構受力和變形性能的影響。

(1)拉索索力。

采用拉索索力變化率衡量失火對拉索受力的影響，索力變化率的計算公式為

過火前后各種工況相比，長索索力變化較大。從索力變化的規律來看，受損傷的拉索S12、S13的索力在逐步減少，而其余各索的索力在增大，即損傷拉索的索力重新向其他索轉移，但在最不利工況4(S12、S13彈性模量同時降低20%)的情況下，其余拉索索力改變率均小于8%，而拉索的安全系數為2.5，因此，可以初步推斷失火對拉索內力的改變作用較小。

(2)主梁撓度。

在工況1作用下(S13彈性模量降低2%)，全橋撓度的改變量為2 mm，即使在工況4作用下，全橋撓度的改變量未超過40 mm，遠小于活載引起主梁撓度的改變量。因此，可以推斷失火對橋面線型的影響較小。

另外從實測橋梁線形無明顯變化也可以反推實際拉索的損傷遠小于工況4假設。

(3)主塔彎矩。

主塔彎矩變化率的計算方法與拉索改變率相同。

對于南塔，僅標高171.59 m處相對改變率較大，但其相對改變量值均為2 000 kN·m左右，而在塔根部，即使在最不利的工況4作用下，其相對改變率未超過1%;對于北塔，在各種工況下，雖拉索失火會引起拉索錨固區彎矩改變率達到3%左右，但在最不利受力截面—塔根部，彎矩的改變率依然未超過1%，故可以推斷拉索失火對主塔彎矩無影響。

(4)主梁彎矩。

失火前后主梁彎矩變化率如圖1所示。主梁彎矩變化率的計算方法與拉索改變率相同。

從圖1可知，拉索失火后將增加輔助跨主梁、主跨主梁正彎矩，但在最不利的工況4作用下，主跨主梁正彎矩的改變率為1.9%;邊跨主梁的最大正彎矩存減少趨勢;主梁最大負彎矩的改變率在各種工況下均未超過0.5%。因此，拉索失火對主梁彎矩的改變率較小。

5 結論

綜上所述，通過對拉索索力、橋面線型、主塔彎矩和主梁彎矩的計算，拉索失火前后對結構受力和變形的影響較少。但目前對于纜索類橋梁拉索在失火后的計算分析方法、手段等的研究還比較缺乏，計算結果的可靠性需在實踐中進一步驗證。因此，在橋梁運營期間，應縮短橋梁索力、線型等測試工作的間隔周期，以確保準確掌握失火后橋梁結構性能的變化。

圖1 拉索損傷后主梁彎矩改變率

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U442

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1008-3383(2012)03-0077-01

2011-12-12