大跨度钢桁梁桥的斜拉法提载加固分析

随着世界经济的快速发展,各地的交通量增大,荷载等级不断提高,部分大跨度钢桁梁桥由于原设计荷载等级较低,无法满足现有的交通荷载,在现有荷载等级作用下出现了过大的下挠和应力,承载力不能满足当前的使用需求,需要通过加固来提高其承载能力,延长结构使用寿命。对钢桁梁桥的加固,可以通过增设斜拉索法、增设悬索法以及体外预应力法来对桥梁进行提载加固,在以上三种方法中又以增设斜拉索法效果最好。针对这种现象,以位于埃塞俄比亚奥莫河上一座128 m的钢桁梁桥为研究对象,拟采用增设斜拉索法进行提载加固。考虑到钢桁梁桥的跨径,拟选取16 m的矮塔和26、30 m的常规塔高,采用分析桥梁受力时常用的有限元方法建立大跨度钢桁梁桥模型。在三种荷载工况下,分别从刚度、承载能力以及稳定性三个方面来分析对比不同的索塔高度对加固效果的影响。在工况1(活载作用)下,分析钢桁梁桥加固前和不同塔高加固后的挠度变化;在工况2(正常使用极限状态标准荷载组合1.0恒载+1.0活载)下,分析三种塔高下斜拉索加固后桥梁的整体稳定性,即进行屈曲分析;在工况3(承载能力极限状态基本组合1.25恒载+1.75活载)下,分析加固前后上弦杆应力分布、下弦杆应力分布以及斜杆的应力分布。节点板是钢桁梁中的关键部位,其构造复杂,并且受力时存在应力分布不均匀的现象。针对这种情况,同样采用有限元方法,对钢桁梁桥受力复杂的节点建立实体模型,根据节点各构件力的传递主要通过焊接连接和摩擦型高强螺栓提供的摩擦力的特点,选择加固前、后内力最大的节点板进行模拟,将各杆件的轴力和面内、外弯矩加到相应的杆件上,对加固前、后的内外侧节点板应力、内外侧斜杆螺栓应力以及内外侧连接板螺栓应力进行分析,了解其应力分布特点。综合考虑以上分析得出结论:单独考虑加固效果时,26 m塔高斜拉索加固后的加固效果最好;16 m塔高斜拉索加固后效果较26 m塔高斜拉索加固效果稍次之;30 m塔高斜拉索加固效果最差。结合工程经济效益考虑后,建议将16 m塔高斜拉索加固作为奥莫河大桥的加固方案。