大跨度钢结构人行悬索桥受力性能对比分析

王志伟

攀钢集团工程技术有限公司 四川 攀枝花 617000

1 工程概况

本文的人行悬索桥主跨达到了188m，桥梁的整体长度为287m，矢高达到了12.533m，矢跨比是1/15。桥梁的整体宽度是3m，采取了钢化夹层玻璃作为桥面制作材料。双缆体系下的顶缆矢高达到了11.753m，矢跨比是1/16，底缆矢高达到了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有限元软件来构建了一个整体桥梁空间模型，按照基本参数来划分出不同的网格，单缆桥模型包含了595个节点以及1084个单元，其中吊杆以及主缆共计有250个单元；双缆桥模型包含了720个节点以及1084个单元，其中共计493个主缆以及吊杆单元数。针对这两种体系的桥梁统一了边界条件，使用刚性连接的方式来沟通主塔顶横梁与主缆，在主缆锚固处以及塔底部分则采取了固结的方式[1]，悬索桥主要构件材料参数如表1所示。

表1 悬索桥主要构件参数

3 受力分析

3.1 人群荷载作用分析

本桥人群荷载按照3.5kN/m2为基础进行计算，通过有限元分析软件来把人群荷载加载至桥面板之中，能够获取相应的主缆内力分布结果。其中，单缆体系下的主跨塔顶主缆张力达到了1218.7kN，双缆体系下的主跨塔顶顶缆的最大张力达到了550.8kN，底缆的最大张力达到了708.0kN。由此能够看出，受到人群荷载之后，悬索桥的底缆会分担数量更多的荷载，相比之下超过了顶缆所承受荷载的1.3倍。接着对主梁单元的弯矩包络图进行获取，然后通过软件得出人群荷载作用下的主梁竖向挠度图，从图中能够得知，两种体系在主梁竖向挠度这方面的变化趋势差别不大，呈现出一种W形的挠度曲线，并且在1/4L和3/4L处取得最值。双缆体系下最大下挠为319.5mm，单缆体系下最大下挠为367.8 mm，减小约 15%。

3.2 风荷载作用分析

按照P=100这一标准来选取悬索桥的风速，其数值为26.0m/s，风压为0.423kN/m2，通过相应的公式就能够得出横向风荷载数值，这样一来在风荷载作用下的塔底弯矩以及梁端位移情况就呼之欲出。从所获得的结果来看，单缆体系下的梁端位移为106.597mm，双缆体系下的梁端位移为75.305mm，相比之下下降了29.4%。单缆体系下的塔底弯矩为106.597mm，双缆体系下的塔底弯矩为75.305mm，相比之下下降了29.4%。

3.3 自振特性

对悬索桥而言，自振特性在很大程度上影响到其结构的安全性。借助于有限元软件Midas/Civil成功建立两种结构体系的整体空间模型，对前十阶频率实施分析研究能够得出如下结果：单缆结构的1阶对称侧弯频率是0.173Hz，而双缆结构体系的1阶对称侧弯频率是0.185Hz，相对提高了6.6%。同时双缆结构的竖弯频率、和侧振频率也相对增加，证明其安全性相对增强[2]。

4 结束语

本文对双缆和单缆结构体系的具体性能展开研究，得出如下几点结论：一是人群荷载作用下，双缆结构体系主梁弯矩变化更加稳定，挠度相对单缆结构低15%；二是横风荷载情况下，双缆与单缆体系的主梁弯矩以及挠度变化趋势基本相同，双缆体系弯矩以及挠度低于单缆；三是双缆结构体系的侧弯、竖弯以及竖振频率相对单缆而言更高，双缆结构体系表现出更强的力学性能，具备更高的稳定性和安全性。