列車荷載對梁體撓度的影響

張瑜 孔祥凱

摘要：大跨度斜拉橋在荷載的作用下，其撓度會發生明顯的變化，而評判橋梁結構健康狀況的一個重要指標就是主梁撓度，通過監測撓度狀態了解橋梁結構的變形狀態，因此在橋梁健康監測系統的設計時必須考慮撓度因素。

關鍵詞：斜拉橋、撓度、荷載

1.研究背景

橋梁結構按照受力體系來分可以分為梁式橋、拱式橋、鋼橋、懸索橋和組合體系橋，其中斜拉橋是組合體系橋梁中的一種常用的形式，其作為一種拉索體系，有著比梁式橋跨越能力大的優點，因此成為大跨度橋梁的最主要橋型。拉索是斜拉橋的主要受力體系，主要承受橋梁自重及梁上的車輛荷載，但拉索結構纖細，在各種荷載的作用下很容易發生斷裂，現在的健康監測技術直接監測拉索的損壞不是很便利，可以通過梁體撓度的變化來反映索力的損壞。

2、加載方式

這里以武漢天興洲長江大橋為研究背景，研究大橋在列車荷載作用下梁體的撓度變化情況。武漢天興洲長江大橋為雙層公鐵兩用橋，鐵路專線為四線。由于汽車荷載相比于列車荷載要小的多，研究過程中可以忽略不計。運用大型有限元軟件ANSYS建立橋梁模型，模擬大橋在列車荷載作用下的撓度變化。為了便于研究現將四線鐵路分別標注為線路一、線路二、線路三、線路四。如圖2-1所示。

將四線鐵路的過車方式總結為六種情形：

（1）情形一：列車單機在線路三下行;

（2）情形二：列車單機在線路二、四上行;

（3）情形三：列車單機在線路二、三上下行;

（4）情形四：列車單機在線路一、三、四上下行;

（5）情形五：列車單機在線路一、二、三、四上下行反向;

（6）情形六：列車單機在線路一、二、三、四四線同向行駛。

3、結果分析

按照以上加載方式進行加載得到不同工況下列車過橋時拉索錨固點處撓度的變化數據，由于篇幅限制，這里僅研究間隔節點處撓度的變化情況。分析幾種工況可知，當列車荷載作用在拉索錨固點正對應位置時出現撓度最大的情況，所以本文以這些最大撓度值為研究重點進行分析，得到不同節點處最大撓度值。將不同列車荷載作用在尖點處的2#塔中間索面對應的拉索錨固點處的撓度變化值列于表2-1，不同列車荷載作用在尖點處的2#塔中間索面對應的拉索錨固點處的撓度變化曲線如圖2-2。

由表2-1和圖2-2可知：

列車荷載距離主桁下弦節點越近，撓度變化值越大，當列車荷載正好作用在主桁下弦節點正對應位置時，出現撓度最大值，相應的撓度變化曲線上出現明顯的尖點。當列車荷載作用在2號塔和3號塔跨中位置時，出現整段橋梁中撓度最大值。

主桁下弦節點撓度值受列車相對位置的影響，綜合六種列車過橋的情形，分析表2-1及圖2-2可知：列車單機在線路三下行對撓度影響最小，其次分別是列車單機在線路二四上行，列車單機在線路二三上下行，列車單機在線路一三四上下行，列車單機在線路一二三四上下行反向，列車單機在線路一二三四同向行駛，可以看出列車單機一二三四同向行駛時的撓度變化值最大，從而得出結論：列車荷載作用下，橋梁主桁下弦節點會有明顯的撓度變化，撓度變化值的大小不僅與車輛荷載的大小有關，還與列車荷載的作用位置以及兩列車荷載的相對位置有關。列車編組越多，撓度變化越明顯，此規律在主跨跨中節點處表現的最明顯。

參考文獻：

[1]張瑜.武漢天興洲長江大橋主桁節點撓度隨拉索損傷變化規律研究[D].石家莊：石家莊鐵道大學，2017.

[2]龔穎男，基于撓度及有效預應力分析的高墩大跨度橋梁施工測量技術研究[J].城市勘測，2020，（03）：65-67.

[3]孫豐春.大跨徑橋梁撓度變形監測技術應用實踐[J].海洋測繪，2020，40（04）：33-35.

作者簡介：張瑜，1991.03，女，漢族，河北省衡水市，碩士研究生，中級講師，山東公路技師學院，250104，研究方向：橋梁施工

孔祥凱，1991.08，男，漢族，山東省曲阜市，碩士研究生，中級工程師，山東省交通科學研究院，250102，研究方向：交通安全