人行斜拉桥结构有限元分析

俞弘志 姜秀娟 武俊彦

1 工程概况

本工程为边跨较小的不等跨双索面人行斜拉桥，双层全封闭桥面，竖向受力体系为不设斜杆的框架结构，塔梁固结，结构受力复杂。该桥总长240 m，为有顶盖的双层承重结构，上、下层人行道宽度 16.5 m。

人行通道桥均为单方向通行，如图1所示。

2 计算模型及参数

2.1 计算模型

采用ANSYS有限元程序建模，主梁采用鱼骨刺模型，用刚性横梁及立柱连成整体框架;利用质量点模拟主梁及桥面铺装质量、转动惯量;拉索锚固点按实际位置建立，锚固点与主梁、主塔节点采用节点耦合模拟;主塔与主梁节点通过耦合实现塔梁刚接;主塔底为固结、主梁支撑节点为竖向支撑且约束横向扭转。主梁模拟:Beam44;主塔、刚性横梁、立柱、顶层连杆模拟:Beam188;拉索模拟:Link10;质量分布:Mass21。

全桥模型见图2。

2.2 索力测值

本次斜拉索索力测试采用环境随机振动法，环境激励主要来自桥上过往行人和环境风力。测试时，用专用的夹具将加速度计固定在拉索上，以测定索的横向振动。加速度计将拉索的随机振动信号转变成电信号，电信号经放大后送至动态信号采集系统进行采样并储存。最后根据采集的振动频率推算索力。实测索力值如表1所示。

表1 实测索力值 kN

3 计算结果

3.1 静力计算结果

成桥状态下，主梁主跨最大挠度为12.34 cm，边跨最大挠度为2.47 cm;本次实测索力对应计算结果，主梁主跨最大挠度为9.27 cm，边跨最大挠度为1.72 cm，主梁变位见图3。成桥状态下，主塔最大偏位为－4.17 cm，本次索力对应计算结果－3.75 cm，见图4。

由计算结果及图3，图4可知，主梁主跨累计下挠3.07 cm，为主跨跨径的1/4 350;边跨累计下挠0.75 cm，为边跨跨径的1/9 600;桥塔累计偏位0.42 cm，为桥塔高度的1/21 400。从成桥到本次测试，主梁及桥塔下挠值均比较微量;通过快速测试索力的方法结合有限元计算可以得到桥梁结构真实状态。

3.2 动力计算结果

本次计算给出桥梁前10阶振型，桥梁自振特性见表2。

由表2可知，索力与实测索力对应的振型与频率完全一致，所以动力特性与索力无关。列举几种典型振型，如图5所示。

表2 结构自振特性结果表

4 结语

1)实测索力比成桥索力小，在各种荷载综合作用下，拉索应力松弛。

2)从成桥到本次测试，主梁及桥塔下挠值均比较小;通过快速测试索力的方法结合有限元计算，可以得到桥梁结构真实状态;避免通过封闭交通的方式测量主桥线形。

3)动力特性与拉索索力无关。

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