索辅梁桥斜拉索破损对其余斜拉索索力的影响分析

赵 亮 王凤彪

(山东交通学院，山东 济南 250357)

0 引言

索辅梁桥是由我国邓文中院士提出[4]，它是介于斜拉桥和矮塔斜拉桥之间的一种新的结构体系。在城市桥梁跨径不大时，考虑主梁承载能力不一情况下，充分发挥主梁及斜拉索的承载能力。它是以主梁为主要承载构件而拉索作为辅助承载构件，利用拉索来提高主梁刚度，进而满足受力要求。

1 工程概况

自由路洪沟河桥是费县东城新区东西向交通要道跨越景观改造后洪沟河大水面的节点工程，道路红线35.5 m。桥型布置为85 m+65 m=150 m独塔中间双索面斜拉桥(见图1)。主塔墩采用塔梁固结体系并配有两个边墩。桥面布置：2.0 m(人行道)+2.5 m(非机动车道)+10.5 m(车行道)+5.5 m(锚索区兼中央分隔带)+10.5 m(车行道)+2.5 m(非机动车道)+2.0 m(人行道)=35.5 m。

1.1 主塔

桥塔采用钢混组合结构，分为24.45 m长的钢塔柱及28.26 m的混凝土段，其中钢混段为2.5 m。其中钢塔柱分为5个节段D0,D1,D2,D3,D4，其中D0为钢混结合段其余为主要受力节段。混凝土段采用C55混凝土现场浇筑。

1.2 主梁

主梁为单箱七室箱梁，为平衡中跨侧跨索不平衡对主塔的影响，对侧跨主梁采取增重措施及顶底板加厚，顶底板均加厚15 cm。且塔梁结合段宽度为8 m，拉索锚固区宽度为70 cm，端横梁宽度为2.5 m。

1.3 斜拉索

斜拉索采用扇形布置形式，采用张拉锚固方便的φ7高强镀锌平行钢丝束，钢丝强度Ry=1 670 MPa，共计12对斜拉索，斜拉索在梁上索距5 m，塔上索距2 m。斜拉索采用双层PE护套，外层PE护套的颜色根据景观要求确定。

2 Midas有限元模型建立

为了探讨索辅梁桥斜拉索破损对其余拉索索力的影响分析，我们对自由路洪沟河大桥进行完整建模，在建模过程中，全桥共建有136个节点，109个单元，21个截面，其中包含有2个变截面组。斜拉索共有24根，采用只受拉桁架单元进行模拟。两平行斜拉索与主梁进行刚性连接，主墩两边墩进行弹性连接中的刚性。全桥施工阶段采用一次成桥，中跨跨中横断面结构图见图2，Midas全桥建模模型见图3。

桥梁计算采用的材料参数均查询公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[5]后确定。为分析索辅梁桥斜拉索对其余拉索索力的影响，我们对在桥梁二期铺装后的成桥状态下分析吊杆破损最不利情况及最有利情况下斜拉索破损对其余斜拉索的影响。全桥索力值见表1，由Midas后处理结果我们可知在斜拉索79,80单元两根拉索应力最大达到619.9 MPa，在20,21单元两个拉索应力最小为515.9 MPa。通过钝化索单元来模拟拉索破损。我们各选取一根拉索进行钝化，来研究此钝化后的拉索对其余无破损斜拉索索力值的变化。此外我们选取85 m跨的38号短索进行钝化并分析研究。索两端应力值几乎相同，再次我们只取一端应力即可。

表1 全桥索力值 MPa

3 拉索破损对其余拉索索力的影响

表2 80号拉索破损与拉索完整差值 MPa

1)将80号拉索钝化后在Midas后处理结果见表2。我们可以得出，在80号拉索破损时，与80号拉索同侧的拉索索力均有所增大，且在75号增值最大达到35 MPa,同比增幅5.8%。离80号越远增幅越小。在另一侧拉索索力均有所减小且减小较均匀。在11 MPa～14 MPa左右。

表3 20号拉索破损与拉索完整差值 MPa

2)将20号拉索钝化后在Midas后处理结果见表3。我们可以得出，在20号拉索破损时，与20号拉索同侧的拉索索力均有所增大，且在21号，23号增值最大达到35.4 MPa,同比增幅6.9%。离20号越远增幅越小。在另一侧拉索索力均有所减小，且离的越远减小幅度越大B6索减幅约为B1索的3倍，在90号减幅达到最大值为41.5 MPa，同比减少7.8%。

表4 38号拉索破损与拉索完整差值 MPa

3)将38号拉索钝化后在Midas后处理结果见表4。我们可以得出，在38号拉索破损时，与38号拉索同侧的拉索索力均有所增大，且在平行索39号增值最大达到30.1 MPa,同比增幅5.8%。离38号越远增幅越小且变化快到边索仅增幅6.4 MPa。在另一侧拉索索力均有所减小，且减小幅度较均匀在5 MPa～8 MPa左右。

4 结语

通过对自由路洪沟河大桥进行建模分析并分别对20,80,38索单元进行钝化并运行分析后得到以下结论:

1)当索力最大拉索破损时，同跨的拉索索力均有所增幅，且离破损索越近增幅越大；与之最近拉索增加了35 MPa。而另一侧索力均有所减小，且减幅较均匀。2)当索力最小拉索破损时，与之最近的21，23均增加了35.4 MPa，另一侧拉索索力均减小且离之越远增幅越大。3)短索破损后，在平行索39号增值最大达到30.1 MPa。离38号越远增幅越小且变化快到边索仅增幅6.4 MPa。在另一侧拉索索力均有所减小，且减小幅度较均匀。

[1] 临沂市费县自由路洪沟河大桥设计施工图[Z].

[2] 林元培.斜拉桥[M].北京：人民交通出版社，2004:5.

[3] 葛俊颖.桥梁工程软件Midascivil使用指南[M].北京：人民交通出版社，2013:30.

[4] Man-Chung Tang.Rethinking Bridge Design:A New Configuration[J].Civil Engineering Magazine,2007,77(7):38-45.

[5] JTG D6—2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].