某中承式梁拱组合体系桥动力特性分析

杨苗

摘 要：梁拱组合体系桥梁是目前发展较快的一种桥型，这种桥型既有拱桥的曲线柔美，又体现了梁桥的简洁平顺，是一种经济、实用、美观的桥型。本文以某30m+80m+30m中承式梁拱组合体系桥为计算模型，通过建立该桥三维有限元分析模型，对其主桥的动力自振特性及地震响应进行了研究，得出了一些有用的结论，可为同类型梁拱组合桥提供设计依據。

关键词：桥梁设计；梁拱组合桥；自振特性；地震响应

1 工程实例

该桥全长为140m，为一座30m+80m+30m的中承式梁拱组合体系桥。拱肋为悬链线，拱肋计算跨径L=80米，计算矢高f=22.5米，矢跨比1/3.56，拱轴系数m=1.5。主梁采用预应力混凝土连续箱梁结构，采用单箱十室断面。梁高为2.2m，桥面宽度37m，全桥等宽布置。主梁顶板厚0.25m，底板厚0.22m，中腹板厚0.50。主梁采用分段浇筑，设置两个1.25m的后浇段。桥面宽为4.5（人行道/非机动车道）+2.0m（拉索区） +11.5m（行车道）+1.0m（中分带）+11.5m（行车道）+2.0m（拉索区） +4.5（人行道/非机动车道）=37m。设计时速为60Km/h，汽车荷载为城-A级，双向4车道。

2 动力计算中的几个关键问题

2.1设防标准及地震激励

根据CJJ166-2011《城市桥梁抗震设计规范》中关于桥梁抗震设防类别的规定，该桥梁属于B类，其对应的抗震设防目标在E1地震作用下桥梁不受损坏或不需要修复可继续使用；在E2地震作用下桥梁不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可维持应急交通使用。桥梁所处的场地为Ⅲ类建筑场地，地震基本烈度为7度，设计地震特征周期为0.45s。

2.2建模要点

在实际建模分析过程中，对于主梁、主拱均采用三维梁单元模拟，吊杆索采用桁架单元模拟，铺装及桥面附属设施等二期恒载均以等效荷载的形式施加。各部位边界条件，根据结构实际情况分别进行模拟。桩基采用winker地基梁模拟，分部弹簧刚度根据“m”法进行计算。整个结构的计算模型共有1021个节点，872个单元。

3 结构动力特性分析

3.1结构自振特性

采用空间计算模型，对结构的空间自振特性进行了计算，桥梁结构前10阶自振特性见表1。

由表1可以看出，由于该桥结构体系复杂，超静定次数较多，因此各阶自振频率较为密集，振型复杂多变，应重视结构的地震响应分析。

3.2结构地震响应分析

采用设计反应谱对桥梁结构在多遇地震下的抗震性能进行检算，分析表明结构处于弹性状态。从模型中可以看出：主梁在E1地震和E2地震作用下的最大弯矩分别为20845 kN.m和63018 kN.m，地震作用对主梁的弯矩效应影响很大，故在进行该桥设计时应充分考虑地震效应对该桥的影响。

吊杆在“E1地震+恒载”组合和“E2地震+恒载”组合下的轴力及安全系数见表2.

从上表可以看出：在“E1地震+恒载”组合和“E2地震+恒载”组合作用下吊杆轴力最大值分别为2032kN和2148kN，吊杆安全系数均大于等于3.0，表明该桥吊杆有足够的安全储备。

4 结 语

通过对该梁拱组合体系桥梁进行动力特性及地震响应分析，得出以下主要结论：

1）梁拱组合桥梁结构体系复杂，超静定次数较多，因此各阶自振频率较为密集，振型复杂多变，应重视结构的地震响应分析。

2）采用设计反应谱对桥梁结构在多遇地震下的抗震性能进行分析，结构表明结构处于弹性状态。但地震效应对主梁影响很大，在设计时应充分考虑地震效应。

3）吊杆在“E1地震+恒载”组合和“E2地震+恒载”组合作用下的安全系数均大于等于3.0，具备足够的安全储备。

参 考 文 献：

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