摘要：随着交通运输事业的发展，桥梁工程建设数量越来越多。桥梁建设和使用过程中经常承受着诸如一期、二期恒载，以及汽车、人群、温度变化和基础不均匀沉降等可变荷载作用，严重影响着桥梁的安全。尤其对于可变荷载，由于受地区等限制，对于桥梁安全来说更为不利。近年来，国内学者对于荷载作用下桥梁的安全性进行了相关分析，如采用有限元软件Ansys建立斜拉桥3D模型，对荷载作用下主梁顶板、底板、横梁等部件应力进行了分析，得出顶板在使用荷载作用下以受压为主，最大拉应力发生在最外层拉索10m前后。
关键词：可变荷载作用；斜拉桥；主梁受力
引言
斜拉桥凭借其刚度大、施工方便、经济性好的特点在高铁桥梁建设中得到了越来越广泛的应用。桥梁的破坏表现为整体破坏和局部破坏，常用的整体杆系模型或者“鱼骨”形模型难以准确反映矮塔斜拉桥主梁细部构造（如变截面问题、畸变、横隔板的作用等）传力趋势，针对主要矛盾建立局部实体模型分析是解决这一问题的常见办法。本文主要以某斜拉桥为例，重点分析了斜拉桥主梁在汽车、人群、整体升降温以及基础不均匀沉降等可变荷载作用下的内力变化，以期研究结果为类似工程受力研究提供参考。
1可变荷载分类
通常意义上地基上所受到的荷载都看作是永久荷载，认为荷载不随着时间发生变化。然而严格意义上来讲，大多数的荷载都不是静止的，荷载的大小、方向及作用位置都是在不断变化，而且所产生的动力效应是不能忽略的。
1.1周期荷载
周期荷载是指荷载以相同的振幅，并按照一定的周期往复循环作用，最为简单的为简谐荷载。简谐荷载随着时间的变化规律可用三角函数来表示，为正弦型或者余弦型。工程中常见的荷载都可以简化为简谐荷载，如机械振动以及波浪荷载等，目前在土的动力学试验研究中也常采用简谐荷载。有些荷载虽不是简谐荷载，但也是周期性变化的，这种周期荷载通过富氏级数展开，可视为若干简谐荷载的叠加。
1.2冲击荷载
冲击荷载都是在瞬间发生，强度大，持续时间短。荷载在很短的时间内即达到最大值，然后迅速衰减直至消失，整个过程持续时间很短。工程中常见的冲击荷载有爆破荷载，以及打桩时的冲击荷载等。
1.3不均匀荷载
不均匀荷载是指荷载与时间的变化之间无规律可循，这种荷载的变化具有随机性，完全没有任何规律，地震荷载就是一种不均匀荷载。
2工程概况
某斜拉桥全长1080m，跨径组合为：55+60+425+425+60+55m；采用三塔斜拉形式主跨长425米，共两跨，其中钢箱梁长391米，单边边跨采用55+60米混凝土梁。高、低桥塔均设置于桥面中央，最大塔高184m；主桥宽度51m，采用钢-砼混合梁结构。道路等级属城市快速路，设计时速80km/h，双向八车道（远期为双向6车道加轨道通道）。如图1所示。
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图1
3数值建模
3.1模型建立
计算模型采用MidasCivil（V7.2.0）建立，对于整个模型，单元和节点分别为1936个和2005个。该模型的中心为原点，分为纵向、竖直、横向三个方向，其中桥梁的斜拉索使用桁架单元，桥墩以及钢拱塔等采用三维梁模拟。
3.2可变荷载工况
可变荷载主要考虑汽车荷载、人群荷载、整体温度变化以及基础间的不均匀沉降。
4数值结果分析
4.1汽车荷载作用下主梁内力分析
汽车荷载作用下主梁内力，重点分析了主梁竖直方向的弯矩、横向的剪力以及轴力等，主梁峰值正弯矩发生在9#、10#墩和10#、11#墩跨中附近，最大值为21774kN•m，而峰值负弯矩发生在9#、10#、11#墩附近，最大值为－26446kN•m；最大剪力发生在10#墩，最大剪力为4556kN；10#墩处轴力最大，值为2332kN，且沿10#墩两侧对称分布，越往两侧轴力越小。
4.2人群荷载作用下主梁内力分析
主梁峰值正弯矩发生在9#、10#墩和10#、11#墩跨中附近，最大值为5523kN•m，而峰值负弯矩发生在9#、10#、11#墩附近，最大值为－8732kN•m；最大剪力发生在10#墩，最大剪力为1168kN；其中10#墩处轴力最大，值为641kN，且沿10#墩两侧对称分布，越往两侧轴力越小，在9#、11#墩处减小为0。
4.3整体升降温作用下主梁内力分析
4.3.1整体升温
主梁峰值正弯矩发生在9#、10#墩和10#、11#墩跨中附近，最大值为5030kN•m，而峰值负弯矩发生在9#、11#墩附近，最大值为－8874kN•m；最大剪力发生在9#墩和11#墩，最大剪力为676kN；从9#、10#墩跨中到10#、11#墩跨中的轴力基本不变，在1200kN左右，且沿主梁中心两侧对称分布，越往两侧轴力越小。
4.3.2整体降温
主梁峰值正弯矩发生在9#、11#墩附近，最大值为11557kN•m，而峰值负弯矩发生在9#、10#墩和10#、11#墩跨中附近，最大值为－6664kN•m；最大剪力发生在9#墩和11#墩，最大剪力为887kN；从9#、10#墩跨中到10#、11#墩跨中的轴力基本不变，值在1600kN左右。对比可知，整体降温时主梁内力方向与升温时相反，且降温比升温带来的影响更大。
结语
本文主要以某斜拉桥为例，重点分析了斜拉桥主梁在汽车、人群、整体升降温以及基础不均匀沉降等可变荷载作用下的内力变化，得到以下结论：
1）汽车和人群荷载作用下主梁内力规律一致，主梁峰值正弯矩发生在9#、10#墩和10#、11#墩跨中附近，而峰值负弯矩发生在9#、10#、11#墩附近，10#墩处剪力和轴力最大。且可变荷载下轴力均沿10#墩两侧对称分布，越往两侧轴力越小。
2）整体升降温作用下主梁峰值正弯矩发生在9#、11#墩附近，峰值负弯矩发生在9#、10#墩和10#、11#墩跨中附近；最大剪力发生在9#墩和11#墩，主梁轴力从9#、10#墩跨中到10#、11#墩跨中基本不变。此外，整体降温时主梁内力方向与升温时相反，且降温比升温带来的影响更大。
3）基础不均匀沉降作用下主梁峰值正弯矩和峰值负弯矩均发生在9#、11#墩附近，主梁剪力在9#、10#和11#墩处较大；主梁上下均受对称分布轴力，从9#、10#墩跨中到10#、11#墩跨中的轴力基本不变，在9#、11#墩处轴力为0。
参考文献：
［1］彭晓彬，詹建辉.超大跨度混合梁斜拉桥非线性受力分析研究［J］.桥梁建设，2011（4）：44－48.
［2］朱瑞允，秦凤江，朋茜.混凝土斜拉桥П形截面主梁弯曲受力分析［J］.世界桥梁，2017，45（6）：65－70.
［3］李小珍，王聪，肖林，等.斜拉桥钢－混凝土结合梁的受力性能试验研究［J］.工程力学，2015，32（9）：191－199.
［4］魏新良.斜拉桥主梁在荷载作用下构件应力影响分析［J］.山西建筑，2009，35（29）：310－312.
［5］李艳凤，梁力，王福春.单索面斜拉桥活载作用下主梁剪力滞研究［J］.沈阳建筑大学学报（自然科学版），2013，29（2）：264－269.
［6］吴大宏，王立中，张帅，等．津保矮塔斜拉桥空间分研究［J］．铁道工程学报，2013（4）：56-57．
［7］邓江涛．高速铁路矮塔斜拉桥墩塔梁固结段局部应力分析与验证［J］．铁道标准设计，2016，60（6）：43-47．
论文作者:陈伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/15
标签：荷载论文; 斜拉桥论文; 弯矩论文; 剪力论文; 发生在论文; 内力论文; 值为论文; 《基层建设》2019年第27期论文;