萧山北山通览钢管结构分析彭大文。林华，罗素蓉福州大学土木建筑工程学院，福建福州350002浙江省萧山市的北山通览是座全焊接拱式钢管结构，钢管采用钢板卷制焊接而成。

　　该结构设立在萧山市4国道通惠路段上，由拱肋拱顶横梁广告牌桁架横向联系人行天桥桥墩等6大部分组成钢管结构部分合计总重约850余1.本文以该钢管结构为例，介绍大跨钢管结构的静力动力以及稳定分析的处点和讣算结汜等有幻。

　　1结构简介钢管拱肋由钢管组成的截面形状为正角形的空间桁架结构，净跨径为193净矢；1为40.81.15榀拱肋组成拱式体系单榀拱肋轴线采用晷弧拱轴线。圆心角为91.674.

　　广告牌也为钢管桁架结构，长8.8爪，宽约10.5高161重达132安装位置离地面高度为54.21.广告牌下布置了宽度为3.0，1的人行道。广告牌和拱顶横梁组成为整体结构。共同受力。

　　设置在桥墩上的人行天桥为钢筋砼结构，南北向各座，每座长751通过钢管析架结构把个桥墩连接起来，组成整体。钢结构部分总重约961.桥壤基础座落在抗压强度达500800士1的岩层2结构静力分析采用空间结构计算模型，以维梁单元来模拟钢管，并采取了下列简化措施由于采用焊接钢管连接，因此钢管与钢管的连接在有限元分析中均考虑为刚性结点。

　　无论是支管与主管直接对接焊接，或是采用节点板的连接，或是当两管直径不同时，栏符采用加锥形过渡段的连接；成是付火径的主管拼接时介管内加设付符的述接，分析时节点处各杆件的轴心线均认为交于点，不考虑偏心对节点承载力的影响。

　　拱脚与桥墩的连接按设计构造要求认为固接，拱顶横梁的两端与基础的连接视为铰接。

　　支管与主管之间的夹角或两支管间的夹角，支管与主管的直径之比，支管壁厚与主管壁厚之比，以及主管的夕径和壁厚之比都己在设计中考虑，满足规范要求，有限元分析中不再涉及这些问。

　　采取1述简化1的空间有限元模咽如2所小，全部结构共分成646个节点。5 286个空间梁单元施工阶段时又，加了90个杆件单元，*后合计为5 376个空间梁单元。

　　由于该结构属标志性钢结构，除了本身自重产生的荷载外，作用在拱式钢管结构上的主要静力荷载是温度荷载和风荷载人群荷载是作为可变荷载参加工作的。温度荷载根据当地气象条件，考虑钢管合拢时温度为25，并按当地*高或*低月平均温差为±201作为温度作用力来计算。风荷载则按公路桥涵设计规范与公路桥梁抗风设计指南5，在10，1高度处100年重现期的1平均年*大风速取为28.2，再考虑风压高度变化系数，风载体型系数等因素的影响，作用在拱顶横梁和广告牌上的平均风压取为1.78钢材为2358.其抗弯抗拉抗压强度设计值，为215.弹性梭试为206静力计算考虑下述5种荷载组合工况验戴以确保结构的安全工况1恒载+顺桥轴向风荷载+垂直广告牌向风荷载。

　　工况2恒载+垂直拱轴向风荷载+顺广告牌向风荷载。

　　况3恒载+整体升温20，+拱顶横梁上人群满载。

　　况4恒载+整体降温20，+拱顶横梁上人群满载。

　　况5恒载+顺桥轴向风荷载+垂直广告牌向风荷载+整体升温1.

　　静力计算结果明，在结构自重考虑1.2的组合系数和*不利荷载组合作用下，节点*大的垂直位移为125.85约为净跨径的500，相应的水平位移为26.68，少，2个方向的组合位移为129.2可以认为该结构的刚度满足要求；就强度而言，除极个别截面上的应力达到195河，夕，大部分截面的应力在100150，3之间，明该结构的强度也满足使用要求。

　　3结构动力分析3.1动力特性计算计算了北山通览拱式钢矜结构的前15阶振型的自振频率，列前1阶振型的自振频率及振型特点，3列出了部分振型。分析1中的自振频率及相应振型和3中的部分振型，可以看出1就结构面内的振型序号而言，第振型为反对称的序号2，第第振型是对称致的，符合单孔刚性无铰拱的振动特性。然而该结构基本周期达到2.1278，己大大超过单孔拱刚性结构0.30.48基本周期的实测统计数据2，明该结构己不属于刚性拱结构的范围之内，构造上必须注意采取扣应的措施。保持其抗4的稳定性。

　　结构面内的基频与面外的坫频之比为⑴沿反映结构面的刚度远人尸面外的刚度，明该结构在纵向有较大的刚度保持稳定。

　　该结构的第频率所对应的振型是拱肋面外阶对称，这振型对结构在纵向风荷载主要的面内静力荷载作用下是偏于有利的；但使结构对横向地震的反应贡献较大，在设计应该引起注意。

　　与般的单跨拱不同，该结构在第六第九和第十振型均出现了面内外费合的扭转，反映了拱顶横梁在高阶振型中起着较大的作用。

　　序号振型特点钢管拱肋面外阶对称钢管拱肋面内阶反对称面外阶反对称面内阶对称面内阶对称面内外阶反对称扭转面内阶反对称；面外阶对称面外阶反对称面内外阶对称扭转注面内振型；面外振型；1反对称；13对称；2扭转3.2抗震分析该结构的抗震设计是按7度设防考虑的。地震荷载的计算采用响应谱法进行，分析中地1功1违度圮按。1.方向纵向为0.125方向横向，1；方向竖向，5，3为收力加速度时作在结构产生的内力值计算结构的阻尼比5取为，1.计兑明，±也巧作用下的位移和内力值小于设计荷载作用下的位移和内力值，地震作用不控制设计4结构稳定分析4.1整体稳定验算结构的整体稳定计算是按框架结构屈曲分析模式进行的。分析明，结构整体稳定安全系数在文中所列各种荷载组合的工况中其值在815之间；如果不计广告牌本身，拱结构与拱顶横梁的弹性稳定安全系数在18以上，明该结构的整体稳定性满足设计要求。

　　为了保证拱脚钢管的薄壁在轴向压力作用下不致局部失稳，选择了结构承受*大应力的拱脚节段进行了验算。该节段长度为3.422*不利荷载组合作用下，所承受的轴向力为930.5洲，弯矩为16.3咖尤轴方向37.5洲。爪少轴方向，陪力为。7kNx轴方8，轴方。计谆明，节段稳定安全系数达到9.7.因此该结构不会发生局部失稳现象，能满足使用要求。

　　5结语采州焊接钢荇连接的大型结构，在有限元分析中钢管与钢管的连接视为刚性结点。

　　静力分析明。该结构在自屯和*不利活荷载组合作用结构的刚度和强度均满足使用要求。

　　动力分析明，该结构的基本周期己大大超过单孔拱刚性结构的实测统计数据，构造上必须采，措施增强其抗风的稳定。技该结构第频率所对应的振型是拱肋面外对称。对结构在纵向风荷载作用下是有利的。该结构拱顶横梁在，阶振型中起着较大的扭转尤合作用。

　　4抗震计这叫，地震作用万的位移和内力伉小于设计荷载作用下的位移和内力伉。地作用不控制设计。

　　5稳定验算明，该结构的整体稳定和局部稳定性能均满足要求。

　　Ii公路桥梁抗5计指勒〉编写沮。公路桥梁抗风设计指南1叫。北京人民文通出版社。1996.1.

　　I2李画桥梁结构稳定。振动。北京中1；佚逍出版社。1992.548兄9.

　　I31似度心黄龙化陆开文等桥梁抗震计算以北以，益出版社