青岛海湾大桥局部索构件失效对结构的影响及对策研究

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1、◎青岛海湾大桥局部索构件失效对结构的影响及对策研究闫振国，邵新鹏。，蔡建军。，阮欣(1．同济大学桥梁工程系，上海2000922．山东高速青岛公路有限公司，山东青岛266061)摘要：以青岛海湾大桥航道桥为背景，采用半动力分析方法，研究分析了悬索桥吊杆及斜拉桥拉索失效后对周边结构的影响。结果表明：悬索桥吊杆的强健性较斜拉桥斜拉索好，单根或两根吊杆失效时不影响结构整体安全；而对于斜拉索，在两限或三根拉索失效时，结构可能因主梁应力的储备不足而破坏。根据分析结果，制定了结构损伤等级，给出了相应管理养护措施：对吊杆等定期隔根进行检查、养护，并对靠近边墩及主跨跨中的斜拉索重点关注。关键词：拉

2、索失效；强健性；半动力分析方法；养护对策0引言杆、拉索等损伤、失效，可能对大桥正常运营及整体结构近年来，随着经济的发展和人民生活水平的提高，产生影响。本文以青岛海湾大桥为研究对象，分析大桥出行便捷性需求增大，长距离跨海大桥的建设成为必航道桥(见图1)缆索损伤、失效对大桥结构的影响，制定需。跨海大桥封闭行驶里程长，易发生交通事故。其应急管理对策，并给出日常管养措施。对切实提高青岛航道桥常采用缆索支撑体系，事故发生时可能造成吊海湾大桥的运营、管理服务水平具有重要意义。大沽河航道桥红岛航道桥沧口航道桥图1青岛海湾大桥航道桥1结构强健性2悬索桥吊杆强健性分析航道桥构件损伤、失效对大桥结构

3、的影响，可概括经初步分析可知，不同事故对悬索桥吊杆及斜拉为部分构件损伤对其他构件造成损伤的敏感性，研究桥拉索的损伤是不同的_3]。在研究过程中，针对可能各航道桥缆索的结构强健性J。其目的是分析构件损的情况，以不同位置、数量的吊杆、拉索损伤为场景分伤时对周边构件及结构整体安全的影响。研究结果可别进行。以悬索桥——大沽河航道桥为例，分析其吊帮助管理人员在风险事态发生时更加准确地判定损伤杆损伤对周边结构的影响。程度、提出合理参考建议以及日常养护策略。2．1强健性分析方法青岛海湾大桥航道桥分别为非对称悬索桥——大为准确分析吊杆失效的影响程度及影响范围，研沽河航道桥，稀索钢斜拉桥——沧口航

4、道桥、红岛航道究模拟了其失效的整个过程，并记录了周边吊杆应力桥。根据各航道桥的不同特点，分析针对斜拉桥和悬值的相应变化。索桥分别进行。初步分析可知，在运营期间，吊杆的失效一般都发生在紧急事态中，失效时间较短，采用半动力方法可以收稿日期：2O11-11一O9对其有效模拟l2]，具体方法如下：基金项目：山东省交通厅科技计划项目(2008R011)36上冯么姥No．42011◎首先在损伤模型的吊杆损伤处施加一对作用力，对于阻尼比，综合《公路桥梁抗风设计规范》[5]、如图2所示。《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》[6等规范要求，取阻尼比一0．02。／＼2．2悬索桥吊杆强健性分析分析可知，

5、对吊杆造成直接损伤的事态集中在交通事故及蓄意袭击中。按照严重程度分为单根吊杆损伤及相邻两根吊杆损伤。考虑多交通事故可能同时发生，两侧吊杆存在同时损伤的可能性。针对以上情况，研究对单根吊杆、横桥向对称两根吊杆、顺桥向两根相图2吊杆模拟的作用力方向邻吊杆三类18种情况发生时吊杆损伤对结构强健性F(￡)的函数表达式见下式：的影响进行了分析，以下举例进行说明。Fi㈤一f_Sin1单根吊杆失效位置如图4所示，对其用半动力方厶_，【＼rr／法进行失效模拟并与失效前吊杆应力相比较，结果如式中：Ff为拉索损伤前，模型实际的索力值；r为作用图5。上升时间，其中r／￡≥2，t为基本周期。实际应用发现

6、罂氆畦544332211取r一2．4s即可满足条件(见图3)。∞∞∞如∞∞∞如∞∞0雌髓畦睚图4吊杆失效示意图图3时间历程曲线lFtrtLti~tttIttl毽ll}莲lll睡lllll在分析过程中采用瑞利阻尼，即：EC]-a[M]+K]图5吊杆损伤前后吊杆应力值式中：a为Alpha阻尼，也称为质量阻尼系数为Beta由上图可知吊杆损伤时，仅对本侧周边吊杆产生阻尼，也称刚度阻尼系数。这两个系数可通过振型阻影响，且范围较小。为表示影响幅值，定义损伤动力影尼比计算得到，即：响系数K：＼If一2+＼』OJiI1f荸式中和coi分别为结构的第i和第J固有频率为式中：a表示吊杆失效过程中周边

7、吊杆应力最大值；口表示吊杆失效前各吊杆的应力值。Beta阻尼比。根据上述定义公式，图5数值即可表示为图6所其中∞i通常取多自由度体系的基频，而~0i则在示的损伤动力影响系数。如图所示，当图4示意位置对动力反映有显著贡献的高阶振型中选取。由于吊杆吊杆失效时，对同侧相邻吊杆产生影响值为1．6，对于的断裂损伤更会激发一阶对称竖弯，即第3振型(相对次相邻吊杆，动力影响系数小于1．1。于第2振型而言)，故取第1、3阶振型圆频率。No42011上冯么丞钰37◎1．8一tt，一t+一：；三，．