人行景观桥结构计算分析

□文/李钰

人行景观桥结构计算分析

□文/李钰

某人行景观桥，结构为空间弯塔斜拉结构，桥梁主梁和主塔均呈曲线型，受力情况较复杂。文章重点对上部结构进行计算分析，利用大型有限元计算软件，按照相关规范要求，对桥梁整体结构的强度、刚度稳定性等进行计算分析，在满足景观效果的同时又确保结构安全性。

人行景观桥；弯塔斜拉；曲梁；结构分析

1　工程概况

某跨越河流的人行景观桥，荷载相对较小，因此桥梁造型灵动秀美。为使桥梁显得轻盈通透，设计成空间弯塔斜拉桥。桥面主梁结构在河道1/4宽处分成A、B两幅桥梁，在3/4宽处合成一幅主梁，形如怀抱状并在A、B两幅主梁外侧设置两个主塔，主塔为空间曲线型，截面下大上小，线型流畅，见图1。

图1　桥梁效果

本桥为空间弯塔钢结构斜拉桥，桥面由两幅曲梁连接而成，分别为A匝道和B匝道。A匝道的跨径布置为33+38+37.643=108.643（m），B匝道为37.281+37.939+ 40+30=145.22（m），桥面宽度为3.2～7 m。主塔采用钢结构，塔根部截面为椭圆2.8 m×2 m，顶部截面为椭圆0.8 m×0.533 m，塔高30.5 m。主塔和主梁采用编花空间斜拉索连接，拉索仅连接在桥面外侧，每侧主塔为8根拉索，全桥16根拉索，见图2。

图2　桥型布置

2　基本参数

2.1荷载标准

2.1.1人群荷载

整体计算3.5kN/m2，局部验算5kN/m2。

2.1.2风荷载

设计基本风速取31.3 m/s，经换算横桥向主梁2 kN/m，横桥向主塔为5kN/m，纵桥向主塔为7.1kN/m。

2.1.3温度荷载

整体温差：体系升温30℃，体系降温30℃。局部温差：参考英国BS5400规定，顶底板温差为±15℃。

2.1.4沉降

沉降6mm。

2.2材料性能

1)钢材均采用Q345qD。

2)斜拉索。平行钢丝束，标准抗拉强度1670MPa。

3　计算过程

本桥为空间斜拉桥结构，整体结构计算采用Midas Civil 8.0.5软件。

3.1结构简化

主塔和主梁均采用梁单元模拟，斜拉索单元采用桁架单元模拟，人群荷载按车行道方式跑载设置。模型中考虑支座剪切刚度的影响，主塔底部固结，见图3-图5。

图3　主梁约束方式

图4　主塔约束方式

图5　单元实体显示模型

3.2主要计算结果

钢结构桥梁计算结果为标准组合，即各工况组合系数均为1。

1）支座反力。标准组合反力见图6和图7。

图6　标准组合反力

图7　主塔根部反力

2）各构件应力见图8-图10。

图8　主塔应力

图9　主梁应力

图10　斜拉索应力

塔、梁最大应力＜200MPa，斜拉索最大应力为545.9 MPa，＜（1 670/2.5）=668（MPa），即安全系数＞2.5，满足规范要求。

3）位移结果。人群荷载主梁位移见图11。

图11　人群荷载竖向位移

人群荷载作用下最大竖向位移为58mm，小于规范限值L/400=100mm，满足规范要求。

4）屈曲分析见图12-图14。

图12　一阶屈曲系数

图13　二阶屈曲系数

图14　三阶屈曲系数

根据计算结果，一阶屈曲稳定系数为179，满足相关规范要求。

4　结论

由上述各项计算结果可知，主桥整体上部结构、局部主梁、斜拉索等各构件的强度、刚度稳定性均满足相关规范要求，各结构安全可行。

［1］项海帆.桥梁概念设计［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［2］范立础.桥梁工程［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］JTGD60—2004，公路桥涵设计通用规范［S］.

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

□U441+.2

□C

□1008-3197（2015）01-55-02

□2014-11-26

□李钰/女，1981年出生，工程师，天津市赛英工程技术咨询有限公司，从事桥梁设计工作。