反向芬克式桁架人行桥整体结构分析

摘要：根据工程应用对反向芬克式桁架桥进行整体结构计算分析，工程结构受力满足结构使用安全要求，结构传力清晰、稳定可靠。

关键词：反向芬克式桁架人行桥；结构分析

1 引言

反向芬克式桁架桥由美国工程师芬克（Albert Fink）首次设计和应用，桥梁整体造型具有浓烈的科技感和现代感，桥型方案受到广泛关注[1]。国内对此类桥梁建设较少，目前国内建成的只有杭州运河湾人行桥，此类桥梁在国内较为空白，具有一定的研究意义。反向芬克式桁架桥主要由桥面板、主梁、撑杆、传力索、次锚索、端锚索以及桥塔等组成。反向芬克式桁架桥主要通过拉杆或拉索对桥面施加预张力使桥面保持稳定，拉杆或拉索可位于桥面顶部或底部[2]。

2 工程概况

本项目为某工程中景观节点提升工程，桥梁跨越现状河涌，桥梁采用反向芬克式桁架形式，桥梁效果如下所示：

3 总体设计

结构形式为反向芬克式桁架桥，平面整体呈曲线布置，跨度总体布置为22.46+54.68+19.18=96.32m。主梁采用单箱单室钢箱梁结构，主桥塔上桥塔为钢塔，下塔柱为混凝土，塔梁固结；跨中设置3个副塔，主副桥塔布置间距为15.1+12.24+12.24+15.1m，每个桥塔设置一对拉索。下部结构塔柱采用承台群桩基础，桥台和堤岸为共建。桥梁平面采用变宽设计，桥梁宽度10.24～13.65m。整体布置如下所示：

4 计算分析

1）结构模拟

采用有限元软件Midas Civil对主桥进行全桥模型整体分析，主梁采用空间杆系单元，吊缆系统采用索单元进行计算。

2）计算荷载

永久作用：一期恒载为结构自重，钢材容重取78.5kN/m3；

二期恒载：阻尼器、栏杆及桥面铺装等

可变荷载：人群荷载、温度作用、风荷载。

3）分析结果

① 静力计算结果

斜拉索采用钢绞线拉索GJ15-17C，破断力分别为4426kN，标准组合拉索最大索力1651.1KN，满足2.5的安全系数。

基本组合状态下，主梁桥塔采用Q355钢，最大应力为76.6Mpa，小于容许值275Mpa，满足要求；最大剪应力（包括扭转剪应力）74.1MPa，小于容许值160Mpa，满足要求。钢塔最大应力131.2MPa，小于容许值275MPa，满足要求。标准组合，砼塔部分基本受压，最大压应力16.3MPa，小于容许值17.75MPa。

移动荷载作用下，主梁竖向位移36.1mm（包括扭转产生位移），小于容许值L/400=136.7mm，满足要求。

② 动力特性分析

5 4.88 0.2 主梁横弯

结构一阶竖向自振频率为2.55Hz，根据舒适度分析，结构在安装TMD阻尼器后，结构在人行简谐波激励下振动加速度峰值满足竖向振动加速度限值0.5m/s2要求。

针对上述模型进行屈曲分析，失稳模态如下图所示：

结构稳定安全系数为328，满足规范要求。

5 结论

本文基于工程实例，对上承式悬索桥结构受力进行验算，得出以下结论：

1）结构在设计荷载作用下安全可靠，活载荷载作用下最大竖向位移为36.1mm，竖向挠度比为1/1514，运营状态下，刚度指标满足规范要求。

2）经主桥强度计算分析，主梁、主塔及拉索强度均满足规范要求。

3）经过屈曲分析，桥梁满足整体稳定性要求，不会发生失稳。

4）抗震性能计算分析结果表明，结构各部位的地震响应均在设计允许的范围内，结构具有足够的延性和承载能力。