列车荷载对梁体挠度的影响

张瑜 孔祥凯

摘要：大跨度斜拉桥在荷载的作用下，其挠度会发生明显的变化，而评判桥梁结构健康状况的一个重要指标就是主梁挠度，通过监测挠度状态了解桥梁结构的变形状态，因此在桥梁健康监测系统的设计时必须考虑挠度因素。

关键词：斜拉桥、挠度、荷载

1.研究背景

桥梁结构按照受力体系来分可以分为梁式桥、拱式桥、钢桥、悬索桥和组合体系桥，其中斜拉桥是组合体系桥梁中的一种常用的形式，其作为一种拉索体系，有着比梁式桥跨越能力大的优点，因此成为大跨度桥梁的最主要桥型。拉索是斜拉桥的主要受力体系，主要承受桥梁自重及梁上的车辆荷载，但拉索结构纤细，在各种荷载的作用下很容易发生断裂，现在的健康监测技术直接监测拉索的损坏不是很便利，可以通过梁体挠度的变化来反映索力的损坏。

2、加载方式

这里以武汉天兴洲长江大桥为研究背景，研究大桥在列车荷载作用下梁体的挠度变化情况。武汉天兴洲长江大桥为双层公铁两用桥，铁路专线为四线。由于汽车荷载相比于列车荷载要小的多，研究过程中可以忽略不计。运用大型有限元软件ANSYS建立桥梁模型，模拟大桥在列车荷载作用下的挠度变化。为了便于研究现将四线铁路分别标注为线路一、线路二、线路三、线路四。如图2-1所示。

將四线铁路的过车方式总结为六种情形：

（1）情形一：列车单机在线路三下行;

（2）情形二：列车单机在线路二、四上行;

（3）情形三：列车单机在线路二、三上下行;

（4）情形四：列车单机在线路一、三、四上下行;

（5）情形五：列车单机在线路一、二、三、四上下行反向;

（6）情形六：列车单机在线路一、二、三、四四线同向行驶。

3、结果分析

按照以上加载方式进行加载得到不同工况下列车过桥时拉索锚固点处挠度的变化数据，由于篇幅限制，这里仅研究间隔节点处挠度的变化情况。分析几种工况可知，当列车荷载作用在拉索锚固点正对应位置时出现挠度最大的情况，所以本文以这些最大挠度值为研究重点进行分析，得到不同节点处最大挠度值。将不同列车荷载作用在尖点处的2#塔中间索面对应的拉索锚固点处的挠度变化值列于表2-1，不同列车荷载作用在尖点处的2#塔中间索面对应的拉索锚固点处的挠度变化曲线如图2-2。

由表2-1和图2-2可知：

列车荷载距离主桁下弦节点越近，挠度变化值越大，当列车荷载正好作用在主桁下弦节点正对应位置时，出现挠度最大值，相应的挠度变化曲线上出现明显的尖点。当列车荷载作用在2号塔和3号塔跨中位置时，出现整段桥梁中挠度最大值。

主桁下弦节点挠度值受列车相对位置的影响，综合六种列车过桥的情形，分析表2-1及图2-2可知：列车单机在线路三下行对挠度影响最小，其次分别是列车单机在线路二四上行，列车单机在线路二三上下行，列车单机在线路一三四上下行，列车单机在线路一二三四上下行反向，列车单机在线路一二三四同向行驶，可以看出列车单机一二三四同向行驶时的挠度变化值最大，从而得出结论：列车荷载作用下，桥梁主桁下弦节点会有明显的挠度变化，挠度变化值的大小不仅与车辆荷载的大小有关，还与列车荷载的作用位置以及两列车荷载的相对位置有关。列车编组越多，挠度变化越明显，此规律在主跨跨中节点处表现的最明显。

参考文献：

[1]张瑜.武汉天兴洲长江大桥主桁节点挠度随拉索损伤变化规律研究[D].石家庄：石家庄铁道大学，2017.

[2]龚颖男，基于挠度及有效预应力分析的高墩大跨度桥梁施工测量技术研究[J].城市勘测，2020，（03）：65-67.

[3]孙丰春.大跨径桥梁挠度变形监测技术应用实践[J].海洋测绘，2020，40（04）：33-35.

作者简介：张瑜，1991.03，女，汉族，河北省衡水市，硕士研究生，中级讲师，山东公路技师学院，250104，研究方向：桥梁施工

孔祥凯，1991.08，男，汉族，山东省曲阜市，硕士研究生，中级工程师，山东省交通科学研究院，250102，研究方向：交通安全