中承式系杆拱桥体系冗余度分析

为了降低局部构件破坏导致中承式系杆拱桥连续倒塌的风险,以一座典型中承式系杆拱桥为例,研究了将桥梁结构冗余度应用于设计优化和运营养护的结构分析方法。采用美国国家公路合作研究项目报告中的确定性准则与确定性分析方法,利用有限元软件ANSYS求得桥梁完好状态与局部破坏状态的荷载-位移曲线,分析不同局部破坏模式对桥梁结构承载能力与正常使用的影响及冗余度计算结果,提出设计优化与运营养护建议。结果表明:拱脚处中墩支座破坏、一般吊杆或长吊杆的断裂导致系杆拱桥极限承载能力下降约30%,整体失效时主梁最大挠度减小10%至30%;正常使用冗余率rf与桥梁结构刚度有关,极限承载冗余率ru与不同加载方式下桥梁整体失效模式相关,局部破坏冗余率rd与破坏构件在桥梁结构中所处边界条件相关;从设计优化角度,应适当提高中跨桥面系刚度与吊杆强度,从运营养护角度,应提高养护水平,加强对超载行为的管制,并对吊杆重点养护。