白浪河大桥钢桁架结构可行性分析研究

马建宁，余 沛，孙旭平，袁银书

(1.潍坊滨海经济技术开发区交通运输局，山东潍坊262737;2.中建六局土木工程有限公司，天津300345;3.商丘工学院 土木工程学院，河南 商丘476000)

随着经济的快速发展，基础设施建设越来越受到重视，特别是桥梁的建设，逐渐成为一个地方经济发展的见证，成为地方的代表性建筑［1］。2009年建设的“天津之眼”慈海桥把桥和摩天轮结合起来，是新型钢桁架与摩天轮复合结构体系桥梁的代表［2］。王小盾等［3］对新型斜拉桥和摩天轮组合结构动力性能分析进行研究，建立了新型桥梁与摩天轮组合的模型;陈偕民等［4］通过考虑非线性效应，对桥梁静力与自振特性进行了分析研究。这些研究都为建设新型桥梁提供了一些有益的参考，但对无轴式摩天轮与桥梁的研究很少，潍坊白浪河大桥作为世界上第一个最大的无轴式编制网格摩天轮与桥梁的组合，是桥梁建设的又一进步，所以对桥梁钢桁架的安全与稳定性分析非常重要。

1 工程概况

白浪河大桥跨径布置为(5×35)+(45+50+50+45)+(5×35)，总长540 m。其中主桥为45 m+50 m+50 m+45 m的双层钢桁架桥，全长190 m，主桥上部结构连续钢桁架结构，位于摩天轮中心处，桥梁总宽47.7 m，5－9#墩为主桥。

桁架桥由上下两层组成，上层为机动车道，桥面为混凝土桥面;下层为非机动车和人群以及摩天轮活动区，采用4片主桁，各片主桁尺寸完全一致，主桁中心距为10.6 m+10.9 m+10.6 m，下层桥面为钢桥面;主桁之间通过上、下的纵横梁连接，上纵梁和上横梁上设置混凝土叠合层传递汽车活载，主桁采用不带竖杆的三角形腹杆体系，底面水平，顶面随纵坡变化，主桁上下弦杆中心高差4.484 ～5.38 m，钢桁架梁全高5.379 ～6.28 m。

2 模型建立及荷载取值

2.1 平面、立面及断面模型

采用Midas2013按照图纸尺寸建立模型，见图1。

2.2 各作用的取值

结构自重:二期恒载，18 cm铺装，防撞护栏，人行道栏杆等;活载等级，城市－A级，双向6车道，纵横向折减系数按规范取值;人群荷载，3.0 kN/m2;体系温差，按升降温30℃考虑;梯度温差，桥面板上下缘温差按新规范考虑;不均匀沉降，10 mm;风荷载，考虑横桥向风荷载，基准风压W0=0.45 kN/m2，按 A 类地表粗造度，K0=1，K1=1.11，K2=1.19，K3=1，K5=1.38，风压标准值Wh=1.35 kN/m2;收缩许变，桥面板收缩许变按3 650天考虑。

3 分析结果

3.1 反力计算及结构变形分析

根据取值结果，利用Midas2013软件对钢桁架桥梁进行分析，反力计算结果如表1所示，结构变形验算，如图2所示。全桥钢结构用量5 344 t，5#与9#桥墩沉降一致，6#与8#桥墩沉降一致，主桥中间7#桥墩沉降最大;6#与8#桥墩由于是摩天轮的主要承载结构，恒载较其他桥墩大，活载次之;钢桁架桥梁的恒载挠度最大值为28 mm，活载最大挠度31 mm，符合规范及安全性要求。

表1 反力计算结果总表Tab.1 The calculation results of counterforce

3.2 静力计算分析

通过对钢桁架主桥各项荷载组合，荷载分项系数1.0，全桥最大包络组合应力为上横梁171 Mpa，最小包络组合应力为下横梁78 Mpa，见图3。

3.3 主桥稳定验算分析

通过将自重和荷载质量转化到x、y、z三向，共计算20种模态，第一阶段为横向振动，横向自振频率为2.6 Hz，竖向振动出现在第6模态，竖向自振频率为4.2 Hz，模型图如图3所示。稳定系数定义为N(恒载+活载+风荷载)=结构稳定极限状态，通过计算20种模态，计算出的稳定系数N=30，故结构整体稳定安全。

4 结论

通过建模分析，潍坊白浪河大桥主桥钢桁架桥具有可实施性，按照拟定尺寸，计算其稳定系数为30，结构能够满足规范的各项变形、应力、稳定性等要求，结构具有较高的安全可靠性。

［1］项海帆.高等桥梁结构理论［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］冯伟，宋平安.慈海桥的新型钢桁架桥和摩天轮复合结构体系［J］.土工基础，2008(1):80－82.

［3］王小盾，石永久，王元清.新型斜拉桥和摩天轮组合结构动力性能分析［J］.工程抗震与加固改造，2006(1):25－30.

［4］陈偕民，刘 青.考虑非线性效应的斜拉桥静力分析和自振特性分析［J］.工程力学，1996(增刊):276－280.