人行景觀橋結構計算分析

□文/李鈺

人行景觀橋結構計算分析

□文/李鈺

某人行景觀橋，結構為空間彎塔斜拉結構，橋梁主梁和主塔均呈曲線型，受力情況較復雜。文章重點對上部結構進行計算分析，利用大型有限元計算軟件，按照相關規范要求，對橋梁整體結構的強度、剛度穩定性等進行計算分析，在滿足景觀效果的同時又確保結構安全性。

人行景觀橋；彎塔斜拉；曲梁；結構分析

1　工程概況

某跨越河流的人行景觀橋，荷載相對較小，因此橋梁造型靈動秀美。為使橋梁顯得輕盈通透，設計成空間彎塔斜拉橋。橋面主梁結構在河道1/4寬處分成A、B兩幅橋梁，在3/4寬處合成一幅主梁，形如懷抱狀并在A、B兩幅主梁外側設置兩個主塔，主塔為空間曲線型，截面下大上小，線型流暢，見圖1。

圖1　橋梁效果

本橋為空間彎塔鋼結構斜拉橋，橋面由兩幅曲梁連接而成，分別為A匝道和B匝道。A匝道的跨徑布置為33+38+37.643=108.643（m），B匝道為37.281+37.939+ 40+30=145.22（m），橋面寬度為3.2～7 m。主塔采用鋼結構，塔根部截面為橢圓2.8 m×2 m，頂部截面為橢圓0.8 m×0.533 m，塔高30.5 m。主塔和主梁采用編花空間斜拉索連接，拉索僅連接在橋面外側，每側主塔為8根拉索，全橋16根拉索，見圖2。

圖2　橋型布置

2　基本參數

2.1荷載標準

2.1.1人群荷載

整體計算3.5kN/m2，局部驗算5kN/m2。

2.1.2風荷載

設計基本風速取31.3 m/s，經換算橫橋向主梁2 kN/m，橫橋向主塔為5kN/m，縱橋向主塔為7.1kN/m。

2.1.3溫度荷載

整體溫差：體系升溫30℃，體系降溫30℃。局部溫差：參考英國BS5400規定，頂底板溫差為±15℃。

2.1.4沉降

沉降6mm。

2.2材料性能

1)鋼材均采用Q345qD。

2)斜拉索。平行鋼絲束，標準抗拉強度1670MPa。

3　計算過程

本橋為空間斜拉橋結構，整體結構計算采用Midas Civil 8.0.5軟件。

3.1結構簡化

主塔和主梁均采用梁單元模擬，斜拉索單元采用桁架單元模擬，人群荷載按車行道方式跑載設置。模型中考慮支座剪切剛度的影響，主塔底部固結，見圖3-圖5。

圖3　主梁約束方式

圖4　主塔約束方式

圖5　單元實體顯示模型

3.2主要計算結果

鋼結構橋梁計算結果為標準組合，即各工況組合系數均為1。

1）支座反力。標準組合反力見圖6和圖7。

圖6　標準組合反力

圖7　主塔根部反力

2）各構件應力見圖8-圖10。

圖8　主塔應力

圖9　主梁應力

圖10　斜拉索應力

塔、梁最大應力＜200MPa，斜拉索最大應力為545.9 MPa，＜（1 670/2.5）=668（MPa），即安全系數＞2.5，滿足規范要求。

3）位移結果。人群荷載主梁位移見圖11。

圖11　人群荷載豎向位移

人群荷載作用下最大豎向位移為58mm，小于規范限值L/400=100mm，滿足規范要求。

4）屈曲分析見圖12-圖14。

圖12　一階屈曲系數

圖13　二階屈曲系數

圖14　三階屈曲系數

根據計算結果，一階屈曲穩定系數為179，滿足相關規范要求。

4　結論

由上述各項計算結果可知，主橋整體上部結構、局部主梁、斜拉索等各構件的強度、剛度穩定性均滿足相關規范要求，各結構安全可行。

［1］項海帆.橋梁概念設計［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［2］范立礎.橋梁工程［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］JTGD60—2004，公路橋涵設計通用規范［S］.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.019

□U441+.2

□C

□1008-3197（2015）01-55-02

□2014-11-26

□李鈺/女，1981年出生，工程師，天津市賽英工程技術咨詢有限公司，從事橋梁設計工作。