以五峰山长江大桥千米跨度悬索桥的有限元模型对不同加载长度下的桥梁反应进行研究。有限元模型采用Midas Civil建立,如图3-7所示。
图3-7 空间计算模型
由于Midas Civil软件不具备对列车荷载图式进行有限长度截取的功能,且本研究着重于研究加载长度对于桥梁受力性能的影响,因此直接采用ZK荷载的均布荷载——64 kN/m进行四种加载长度下的计算分析。列车动力系数(1+μ)按《高速铁路设计规范》,计算得到列车竖向动力系数取1.0。
以无限长为基准,在仅考虑列车荷载作用的情况下,加载长度对于桥梁各项性能指标的影响平均值见表3-2;在恒载和列车荷载共同作用下,加载长度对于桥梁各项性能指标的影响平均值见表3-3。
表3-2 仅列车荷载作用下加载长度对桥梁性能影响计算结果 单位:%
(续表)(www.daowen.com)
表3 3 恒载和列车荷载共同作用下加载长度对桥梁性能影响计算结果 单位:%
可以看出,在列车荷载作用下,加载长度对吊索和主缆内力影响较大,当加载长度从无限长减小至450 m时,两者内力降低幅度分别为26.6%和35.3%;对主桁杆件的影响不大,当加载长度从无限长减小至450 m时,主桁杆件应力降低幅度最大为11%;总体来说,仅考虑列车荷载作用的情况下,当加载长度从无限长减小至450 m时,加载长度对于桥梁性能指标的影响平均为13%~14%。
在考虑恒载和列车荷载共同作用后,由于恒载占比较大,加载长度的影响明显减小,对各项性能指标影响的差异也有所减小。总体来说,当加载长度从无限长减小至450 m时,加载长度对于桥梁性能指标的影响平均为4.4%。
综合上述分析,加载长度减小时桥梁杆(构)件应力(内力)减小,意味着桥梁杆(构)件的截面可以适当减小。从经济性的角度来看,对于高速铁路超大跨度桥梁来说,只开行动车组时,列车荷载图式加载长度可取450 m;同时开行普通客运列车时,列车荷载图式加载长度可取550 m。
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