交通肇事对四方台松花江斜拉桥梁受损斜拉索影响的仿真分析

段钢文

(黑龙江省收费公路管理局)

交通肇事对四方台松花江斜拉桥梁受损斜拉索影响的仿真分析

段钢文

(黑龙江省收费公路管理局)

采用有限元分析法，对受火灾影响的斜拉桥斜拉索得工作性能进行仿真分析，以评定受损斜拉索对桥梁的使用性能的影响。

有限元;斜拉桥;斜拉索

1 概述

哈尔滨松花江四方台大桥全长1 268.86 m，主桥长696 m，引桥长572.86 m。由于交通肇事，有2根斜拉索受到火灾影响。为了保证斜拉桥的使用安全性能，对受损索力对桥梁静力性能进行仿真分析。

2 拉索整索力学性能测试

确定采用有限元模拟的方式分析四方台大桥斜拉索失火对大桥技术状况的影响，具体的分析手段是降低有限元模型中失火拉索(边索S12、S13)的弹性模量，并与过火前的相应数据进行对比，以分析斜拉索过火对桥梁静力性能的影响。

3 计算模型与计算参数

采用Midas Civil2006对四方台大桥进行有限元建模分析，分析经历火烧前后的四方台大桥在活载作用下的受力变化。采用4个工况，分别为(1)主跨主梁最大正弯矩(中载);(2)主跨主梁最大正弯矩(偏载);(3)主跨最大挠度(中载);(4)主跨最大挠度(偏载)。

该有限元模型采用单主梁模型。本次计算架设桥梁的受力和变形均在线弹性范围内，不考虑材料的塑性变形。

考虑到四方台大桥与鹤洞大桥起火原因不同，为更为安全地考虑拉索失火后结构性能的变化，将弹性模量的损伤较试验值增大十倍，即弹性模量从2%依次降低到20%，计算工况如表1所示。

因拉索为受拉构件，其抗拉能力与弹性模量E和截面面积A的乘积EA相关，则将弹性模量降低，相当于将截面面积减少，即模拟拉索中部分钢丝断丝，弹性模量减少20%，相当于拉索中20%的钢丝退出工作。

表1 计算工况表

4 计算结果

在本次计算中，仅采用恒载效应+活载效应来考虑拉索失火后对结构受力和变形性能的影响。

(1)拉索索力。

采用拉索索力变化率衡量失火对拉索受力的影响，索力变化率的计算公式为

过火前后各种工况相比，长索索力变化较大。从索力变化的规律来看，受损伤的拉索S12、S13的索力在逐步减少，而其余各索的索力在增大，即损伤拉索的索力重新向其他索转移，但在最不利工况4(S12、S13弹性模量同时降低20%)的情况下，其余拉索索力改变率均小于8%，而拉索的安全系数为2.5，因此，可以初步推断失火对拉索内力的改变作用较小。

(2)主梁挠度。

在工况1作用下(S13弹性模量降低2%)，全桥挠度的改变量为2 mm，即使在工况4作用下，全桥挠度的改变量未超过40 mm，远小于活载引起主梁挠度的改变量。因此，可以推断失火对桥面线型的影响较小。

另外从实测桥梁线形无明显变化也可以反推实际拉索的损伤远小于工况4假设。

(3)主塔弯矩。

主塔弯矩变化率的计算方法与拉索改变率相同。

对于南塔，仅标高171.59 m处相对改变率较大，但其相对改变量值均为2 000 kN·m左右，而在塔根部，即使在最不利的工况4作用下，其相对改变率未超过1%;对于北塔，在各种工况下，虽拉索失火会引起拉索锚固区弯矩改变率达到3%左右，但在最不利受力截面—塔根部，弯矩的改变率依然未超过1%，故可以推断拉索失火对主塔弯矩无影响。

(4)主梁弯矩。

失火前后主梁弯矩变化率如图1所示。主梁弯矩变化率的计算方法与拉索改变率相同。

从图1可知，拉索失火后将增加辅助跨主梁、主跨主梁正弯矩，但在最不利的工况4作用下，主跨主梁正弯矩的改变率为1.9%;边跨主梁的最大正弯矩存减少趋势;主梁最大负弯矩的改变率在各种工况下均未超过0.5%。因此，拉索失火对主梁弯矩的改变率较小。

5 结论

综上所述，通过对拉索索力、桥面线型、主塔弯矩和主梁弯矩的计算，拉索失火前后对结构受力和变形的影响较少。但目前对于缆索类桥梁拉索在失火后的计算分析方法、手段等的研究还比较缺乏，计算结果的可靠性需在实践中进一步验证。因此，在桥梁运营期间，应缩短桥梁索力、线型等测试工作的间隔周期，以确保准确掌握失火后桥梁结构性能的变化。

图1 拉索损伤后主梁弯矩改变率

［1］韩金亮.结构抗震分析中侧向荷载分布模式的研究［D］.中国农业大学，2005.

［2］彭河星.大跨度斜拉拱桥抗震性能研究［D］.湖南大学，2007.

［3］王福俊.斜拉桥拉索参数振动及斜拉桥动力分析［D］.西南交通大学，2007.

［4］陈幼平，周宏业.斜拉桥地震反应的行波效应［J］.土木工程学报，1996，(6).

［5］李庭波.索力测试频率法的研究及其工程应用［D］.长沙理工大学，2007.

U442

C

1008-3383(2012)03-0077-01

2011-12-12