意大利威尼斯四桥受力性能分析

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1、意大利威尼斯四桥受力性能分析冯阅，陈宝春，布鲁诺·布里斯杰拉，林航57意大利威尼斯四桥受力性能分析冯阅。陈宝春，布鲁诺·布里斯杰拉，林航(福州大学土木工程学院，福建福州350108)摘要：威尼斯大运河上的第4座桥——威尼斯四桥是一座主跨8O．8m的钢拱人行桥，采用形截面桁架拱肋，矢跨比1／16。为了研究其受力特点，采用有限元软件建立威尼斯四桥的计算模型，分析该桥在自重及人行荷载下的静力性能，并在该桥基本动力模态的基础上，进行人行舒适度评价和抗震性能分析。分析结果表明：该桥采用了1／16的小矢跨比，水平推力大，对基础受力不

2、利；形连接钢板不仅要承受主拱的剪力，还要承受局部弯矩，其某些部分的应力达到了临界状态；主拱肋刚度偏小，在不对称荷载作用下，弯曲变形较大；人行舒适度能够满足要求；地震作用下横向弯矩较大。关键词：威尼斯四桥；人行桥；钢拱；桁架拱肋；静力性能；人行舒适度；抗震性能；有限元法中图分类号：U448．22；U441文献标志码：A文章编号：1671—7767(2013)06—0057—051工程概况与主钢管拱肋一致，横向距主钢管拱肋从拱脚2．56威尼斯四桥是一座主跨80．8m的钢拱人行m至跨中4．46m_1]。水平横梁除底部为~152

3、．4桥，从两端梯步起算总长94m。桥面宽度从底部mm×16mm的半圆钢板外，顶部和前、后侧均为平5．58m(最小)渐变到跨中9．38m(最大)。端部台钢板；斜腿由~15z．4mm×30mm的底部整圆钢阶底面距水面3．20m，桥梁跨中最高点距水面9．28板、~152．4mm×30mm的顶部半圆钢板和前、后侧m。桥梁结构大半径起拱(半径180m)，矢跨比的平钢板组成。为满足桥台处受力需要，钢板的厚1／16l1]，总体布置示意如图1所示。度在桥台附近区段内增大。丌形截面除将主受力拱桥梁纵向左右对称，半跨主拱由38个形截面肋连接

4、形成整体的同时，还作为桥面结构受力l2]。段(见图2)连接而成，各段截面指向桥梁弧线中心，除跨中截面段垂直放置外，其它截面段与水平面呈2有限元模型20。～77。角。7【形截面由1根主钢管、2根副钢管、本文采用有限元软件建立威尼斯四桥计算模型两边小三角形箱肋、水平横梁和斜腿组成。主钢管(见图3)。威尼斯四桥使用钢材Fe510D，强度相当拱肋、2根副钢管拱肋轴线为竖向平面内的二维曲于国内Q345钢，弹性模量206GPa，泊松比0．3。线。副钢管拱肋横向距主钢管拱肋1．85m，对称布模型中副钢管拱肋和斜腿的整圆钢板采用梁单元置

5、。三角形箱肋轴线为空间曲线，竖向平面内弧度Beam188模拟，其余部分均采用壳单元Shell93模窭(a)立面可6500．40400．404006500．1(b)平面单位：mm图1威尼斯四桥总体布置示意收稿日期：2013～05—09作者简介：冯阅(1986一)，男，博士研究生，2008年毕业于福州大学土木工程专业，工学学士，2011年毕业于福州大学结构工程专业，工学硕士(E—mail：jxjjfyue@sina．corn)。58世界桥梁2013，41(6)四桥的水平推力较大。自重作用下水平推力为7010．3kN，是竖向反

6、力的3．5倍。在纵向或横向0一半跨不对称荷载作用下，轴向力均达到3800kN，机纵向半跨布载时最大弯曲变形0．046m，总体变形如图4所示。一o．045834—0．033033—0．020233—0．0074320．005368135,l620：l1095I=424—0．039434-0．026633—0．013833—0．O010320．011768单位：m土坚D—DE—E图4纵向半跨不对称荷载下变形兀形连接钢板本身不仅要承受主拱的剪力，也要承受局部的弯矩。各工况下，最大vonMises等效应力均发生在主钢管拱肋拱脚处

7、，人行荷载全跨2152．4×l6满布时最大，为349MPa，达到材料强度临界状态。单位：infl这些结构受力特点与参考文献[3]中介绍一致。图2主拱跨中截面示意4人行舒适度评价表2列出了威尼斯四桥的前4阶模态。该桥l阶振型为面外对称侧弯，基频1．188Hz，基本频率在人行激励荷载的敏感频率范围内，极易引起人桥共振，且1阶竖向频率为1．360Hz，小于《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ69—95)中限定的最小值3Hz，表明该桥不满足我国规范规定的人行图3有限元计算模型舒适度要求。表2威尼斯四桥基本动力模态拟。模型共

8、有1802个梁单元，30210个壳单元，82501个节点。桥台处限制主钢管拱肋和双副钢管拱肋的平动自由度。计算考虑自重、二期恒载及3种人群荷载工况(分别为全跨满布、纵向半跨布载和横向半跨布载，人群荷载标准值6kN／m。)。3静力计算结果国际标准化组织(ISo)规范要求分析人行桥在各工况下的支座竖向反力F、水平推力Fr