不同轴偏转对中、 下承式拱桥吊杆承载能力的影响

邓年春, 周一鸣

(广西大学 a.土木建筑工程学院; b.广西防灾减灾与工程安全重点实验室;c.工程防灾与结构安全教育部重点实验室, 南宁 530004)

在中、 下承式拱桥中, 桥面系主要通过吊杆与拱肋连接。吊杆沿桥梁纵向均匀排列, 将桥面系所受荷载均匀传至拱肋, 这种桥梁结构长期以来被认为是安全可靠的[1]。然而近几十年来, 发生了大量拱桥吊杆断裂事故, 例如美国希尔福桥、 四川宜宾金沙江南门大桥(图1)、 新疆库尔勒市郊的孔雀河大桥、 福建公馆大桥以及台湾南方澳跨海大桥, 事故调查表明， 这些吊杆断裂事故是由吊杆中的钢绞线或平行钢丝突然断裂导致的[2-6]。相关学者提出了可能导致吊杆突然断裂的原因, 例如吊杆的疲劳和腐蚀[7-10]。然而, 斜拉桥和悬索桥中的斜拉索和吊杆也会受到疲劳和腐蚀的作用, 但斜拉桥和悬索桥中并未出现频繁的桥梁拉索断裂事故。因此, 中、 下承式拱桥存在特有的导致吊杆频繁断裂的因素。

在温度作用下, 桥梁结构将产生温度变形。 对于中、 下承式拱桥, 其拱肋被两端基础约束, 无法产生纵桥向的温度变形； 但对于桥面系, 由于桥梁伸缩缝的存在, 桥面系沿纵桥向可以产生温度变形。 拱肋和桥面系之间的变形差将导致连接两者的吊杆发生不同轴偏转(图2)。类似的弯曲变形也存在于斜拉桥和悬索桥的斜拉索和吊杆中, 但由于斜拉索在斜拉桥中未垂直布置, 拉索两端位移主要引起斜拉索索力的变化, 拉索的弯曲变形可以忽略不计[7, 10]; 在悬索桥中, 主缆采用柔性结构, 刚度较小, 无法使吊杆发生弯曲变形。……