某中承式梁拱組合體系橋動力特性分析

楊苗

摘 要：梁拱組合體系橋梁是目前發展較快的一種橋型，這種橋型既有拱橋的曲線柔美，又體現了梁橋的簡潔平順，是一種經濟、實用、美觀的橋型。本文以某30m+80m+30m中承式梁拱組合體系橋為計算模型，通過建立該橋三維有限元分析模型，對其主橋的動力自振特性及地震響應進行了研究，得出了一些有用的結論，可為同類型梁拱組合橋提供設計依據。

關鍵詞：橋梁設計；梁拱組合橋；自振特性；地震響應

1 工程實例

該橋全長為140m，為一座30m+80m+30m的中承式梁拱組合體系橋。拱肋為懸鏈線，拱肋計算跨徑L=80米，計算矢高f=22.5米，矢跨比1/3.56，拱軸系數m=1.5。主梁采用預應力混凝土連續箱梁結構，采用單箱十室斷面。梁高為2.2m，橋面寬度37m，全橋等寬布置。主梁頂板厚0.25m，底板厚0.22m，中腹板厚0.50。主梁采用分段澆筑，設置兩個1.25m的后澆段。橋面寬為4.5（人行道/非機動車道）+2.0m（拉索區） +11.5m（行車道）+1.0m（中分帶）+11.5m（行車道）+2.0m（拉索區） +4.5（人行道/非機動車道）=37m。設計時速為60Km/h，汽車荷載為城-A級，雙向4車道。

2 動力計算中的幾個關鍵問題

2.1設防標準及地震激勵

根據CJJ166-2011《城市橋梁抗震設計規范》中關于橋梁抗震設防類別的規定，該橋梁屬于B類，其對應的抗震設防目標在E1地震作用下橋梁不受損壞或不需要修復可繼續使用；在E2地震作用下橋梁不致倒塌或產生嚴重結構損傷，經臨時加固后可維持應急交通使用。橋梁所處的場地為Ⅲ類建筑場地，地震基本烈度為7度，設計地震特征周期為0.45s。

2.2建模要點

在實際建模分析過程中，對于主梁、主拱均采用三維梁單元模擬，吊桿索采用桁架單元模擬，鋪裝及橋面附屬設施等二期恒載均以等效荷載的形式施加。各部位邊界條件，根據結構實際情況分別進行模擬。樁基采用winker地基梁模擬，分部彈簧剛度根據“m”法進行計算。整個結構的計算模型共有1021個節點，872個單元。

3 結構動力特性分析

3.1結構自振特性

采用空間計算模型，對結構的空間自振特性進行了計算，橋梁結構前10階自振特性見表1。

由表1可以看出，由于該橋結構體系復雜，超靜定次數較多，因此各階自振頻率較為密集，振型復雜多變，應重視結構的地震響應分析。

3.2結構地震響應分析

采用設計反應譜對橋梁結構在多遇地震下的抗震性能進行檢算，分析表明結構處于彈性狀態。從模型中可以看出：主梁在E1地震和E2地震作用下的最大彎矩分別為20845 kN.m和63018 kN.m，地震作用對主梁的彎矩效應影響很大，故在進行該橋設計時應充分考慮地震效應對該橋的影響。

吊桿在“E1地震+恒載”組合和“E2地震+恒載”組合下的軸力及安全系數見表2.

從上表可以看出：在“E1地震+恒載”組合和“E2地震+恒載”組合作用下吊桿軸力最大值分別為2032kN和2148kN，吊桿安全系數均大于等于3.0，表明該橋吊桿有足夠的安全儲備。

4 結 語

通過對該梁拱組合體系橋梁進行動力特性及地震響應分析，得出以下主要結論：

1）梁拱組合橋梁結構體系復雜，超靜定次數較多，因此各階自振頻率較為密集，振型復雜多變，應重視結構的地震響應分析。

2）采用設計反應譜對橋梁結構在多遇地震下的抗震性能進行分析，結構表明結構處于彈性狀態。但地震效應對主梁影響很大，在設計時應充分考慮地震效應。

3）吊桿在“E1地震+恒載”組合和“E2地震+恒載”組合作用下的安全系數均大于等于3.0，具備足夠的安全儲備。

參 考 文 獻：

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