浅析大连跨海大桥北大桥

黄娟娟

摘 要：北大桥跨海大桥均是悬索桥，从结构、受力、振动三个方面进行简化分析。对桥梁的定性理解有一定作用。

关键词：结构；受力；振动

1 绪言

大连跨海大桥叫大连星海湾大桥，為中国首座海上地锚式悬索跨海大桥。跨海大桥全长约 6 千米，主桥 820 米，其中主桥主跨 460 米，两侧边跨各 180 米。而大连北大桥为三跨简支加劲桁架悬索桥，全长 230 米，中跨跨径 132 米，桥宽 12 米。这两座桥为大连最为著名的桥梁，且都为悬索桥。

2跨海大桥北大桥结构分析

北大桥是典型的悬索桥，而跨海大桥的中间段为悬索桥。

以跨海大桥为例分析。跨海大桥的中间段悬索桥两端可以看作一固定铰支座一滑动铰支座，桥梁主体是一桁架桥，采用钢桁架（图中并没有画出钢桁架的结构，而是简化为一梁），可以上下两个桥面进行通车。而索塔则是固定于海底地面。缆索悬挂于索塔上并固定于两岸的支座上。缆索与桥梁之间有许多吊杆，用来承受桥梁及其上的重量，如图1，而吊杆与缆索和桥梁之间可以看作是铰接。由此可以看出，跨海大桥和北大桥都是以受拉的缆索为主要承重的桥梁。同时，两索塔之间的距离也可以相对较大一些，桥梁相对于海面的距离也可以高一些，这样可以让海面上的一些船支通过桥底，提高了桥的灵活性。而且跨海大桥的抗风性能也特别好，跨海大桥位于大连的星海湾，处于海边，时常会受到海风的影响。因此，跨海大桥的抗风性能一定要特别的好。

由图1可以看出，桥梁主体为一端固定铰支座一端滑动铰支座，这样可以避免由于桥梁主体的热胀冷缩引起的内部应力的产生。提高了桥梁在季节交替温度大幅变化时的安全性。

3跨海大桥北大桥的受力分析

由于跨海大桥和北大桥都是悬索桥，因此，受力分析时以跨海大桥为例。

跨海大桥所受的外力载荷主要为桥梁的自重和桥上的行人车辆的重量。这些力主要是竖直向下的，主要由桥梁两端的支座和缆索来承受，缆索则把受到的力传递到索塔上，索塔是固定在海底的，所以最终由大地承担大部分竖直向下的力。

跨海大桥悬索桥部分桥梁主体可以看作是一简支梁，吊杆看作是受拉的链杆，也是简支梁的多余约束。因此，如果简单来看跨海大桥的结构，则可以看作一个简支梁的超静定问题。

由于吊杆主要承担桥梁的竖向荷载，因此对于吊杆要进行拉应力的强度校核；同时，桥梁还要进行弯曲强度的校核。对于缆索则要同时进行弯曲强度和拉应力强度的校核。由图2可以看出，索塔承受的是压力，因此要进行压应力的强度校核和稳定性的校核。

4 跨海大桥振动分析

前面提到过跨海大桥位于星海湾，会经常受到海风的干扰，使跨海大桥随风振动。因此，跨海大桥的振动分析就尤为重要。在风荷载或者地震，车辆的影响下，桥梁会发生振动。若要研究其振动特点，首先要得到它的自振频率和振型等分析要素。这时，可以把桥梁看作是多自由度的系统。简化下，可以取少量的自由度，运用振动力学的知识求出不同的自振频率以及相应的振型，然后在对桥梁进行各方面的振动分析。

5结论

大连跨海大桥是采用钢桁架的悬索桥，整体的跨度特别大。北大桥则是一个跨度一般的传统悬索桥，结构相对于跨海大桥比较简单。对于跨海大桥北大桥的简化问题，则可以看作是简支梁的超静定问题。其各种力学性能可以在这种简化形式下进行计算。当然这种简化误差特别大，仅适用一些简单分析。

参考文献：

[1]龙驭球，包世华，袁驷，等.结构力学[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]季顺迎.材料力学[M].北京：科学出版社，2013.

[3]张亚辉，林家浩.，结构动力学基础[M].大连：大连理工大学出版社，2007.