拱桥短吊杆在振动作用下的破损分析及应对措施

陈 琦

南阳市市政工程总公司（473000）

拱桥短吊杆在振动作用下的破损分析及应对措施

陈 琦

南阳市市政工程总公司（473000）

通过对中、下承式拱桥柔性短吊杆的受力特性和破坏机理进行分析，详细阐述了在振动作用下短吊杆的结构行为影响因素，并对短吊杆的破坏提出了应对措施，以期推动拱桥的发展。

中、下承式拱桥；短吊杆；振动作用；结构行为

柔性短吊杆在拱桥中的广泛使用促使拱桥的跨径逐步增大，但是相当一部分拱桥的吊杆在通车后不久，就出现了不同程度的损坏，甚至造成桥梁垮塌[1]。

这里通过对宜宾市金沙江南门大桥和重庆市綦江人行桥等事故的分析发现,拱桥发生桥面垮塌，主要原因是短吊杆在振动作用下破损，继而造成整座桥梁的垮塌。因此，对短吊杆在振动作用下的破坏机理进行研究，是推动拱桥进一步发展的关键。

1 短吊杆受力特性

在中、下承式拱桥中，短吊杆离拱脚最近，自由长度最短，抗弯刚度相对变大。在振动作用下，吊杆上下端的相对位移使短吊杆承受较大的附加弯矩，弯曲次应力超过短吊杆及其防护的承受能力，短吊杆从而破损。另外，短吊杆的下端处于反复弯曲状态,引发微裂缝的产生，从而大大降低了短吊杆的抗疲劳能力[1]。

拱桥的振动主要包括车辆、环境等因素引起的竖向、横向和纵向振动[2]。

2 短吊杆在振动作用下结构行为的影响因素

2.1 吊杆横向振动

在拱桥整体结构振动中，拱肋和立柱的变形相对吊杆要小得多,可忽略不计[2]。短吊杆的固有频率比长吊杆的高。在动荷载作用下，短吊杆受到的冲击比长吊杆大得多，甚至达到两倍，这对短吊杆是很不利的。另外,冲击影响过大会导致构件应力幅值增大，这对短吊杆也是很不利的。

2.2 桥面不平以及车速影响造成的竖向振动

车辆以一定的速度在桥上行驶时产生的冲击作用会使桥梁的内力和变形较静荷载时增大。冲击作用的大小受线路状态、车辆类型、桥梁结构型式和跨度等因素的影响[3]。

短吊杆处于悬吊桥面和支承桥面交接处附近，因为设置伸缩缝，造成桥面的不平顺，车辆经过时发生跳车,产生竖向振动，因此短吊杆所受的竖向冲击作用较大。另外，车辆经过桥面纵向变坡点时，也会引发桥面的竖向振动,使短吊杆承受竖向冲击力。

2.3 桥面纵向振动

车辆在加速和减速过程中产生的纵向力，使桥面产生纵向变位，同时伴随纵向振动。桥面纵向力由桥面两端支座的摩擦力、伸缩缝端部的反向作用力和短吊杆端部的剪力来承担，但由于桥跨结构的刚度较大，各短吊杆下端的变位比较接近。对短吊杆而言,弯曲和剪切作用产生的弹性应变较大，拉索一部分钢丝的拉力和剪力也相应比长吊杆要大[4]。

可见，在车辆纵向力作用时，桥面容易产生纵向振动,由此短吊杆受到较大的拉力、弯矩和剪力。

3 应对措施

为改善短吊杆受力情况,确保安全,可从以下几个方面着手[2]:

1）增加短吊杆长度,降低固有频率。一般短吊杆上端与拱肋底板连接，下端与横梁上缘连接。为增加短吊杆长度,建议将短吊杆与拱肋上缘连接,下端与横梁下缘连接,可有效降低固有频率。2）增加短吊杆面积,降低固有频率。短吊杆处可并排加设一根吊杆，使单位长度短吊杆的质量增加,短吊杆拉力可降低,固有频率也可降低。3）短吊杆的两端由固结改为铰结或半铰结，这可大大降低其剪切变形，降低固有频率。4）改进拱肋与桥面、桥面与短吊杆连接处的构造,解除或减少桥面对短吊杆的约束,以改善短吊杆的受力。5）设计中应充分考虑短吊杆动力效应,除应在整体上考虑桥梁冲击系数外，还应对短吊杆动力影响进行单独验算,以确保安全。

[1]李元兵,张启伟.振动对拱桥短吊杆截面应力分布的影响[J].同济大学学报(自然科学版),2009,2.

[2]顾安邦,徐君兰.中、下承式拱桥短吊杆结构行为分析[J].公路,2002,5.

[3]孙学子.系杆拱桥吊杆的受力分析及寿命预测[D].北京交通大学硕士毕业论文,2010,6.

[4]张鹤,张治成,等.月牙形多拱肋钢管混凝土桁架拱桥动力冲击系数研究[J].工程力学2008,7.