楊苗

摘 要：梁拱組合體系橋梁是目前發(fā)展較快的一種橋型，這種橋型既有拱橋的曲線柔美，又體現(xiàn)了梁橋的簡潔平順，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀的橋型。本文以某30m+80m+30m中承式梁拱組合體系橋?yàn)橛?jì)算模型，通過建立該橋三維有限元分析模型，對其主橋的動(dòng)力自振特性及地震響應(yīng)進(jìn)行了研究，得出了一些有用的結(jié)論，可為同類型梁拱組合橋提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì)；梁拱組合橋；自振特性；地震響應(yīng)

1 工程實(shí)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(jì)算跨徑L=80米，計(jì)算矢高f=22.5米，矢跨比1/3.56，拱軸系數(shù)m=1.5。主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，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(shè)置兩個(gè)1.25m的后澆段。橋面寬為4.5（人行道/非機(jī)動(dòng)車道）+2.0m（拉索區(qū)） +11.5m（行車道）+1.0m（中分帶）+11.5m（行車道）+2.0m（拉索區(qū)） +4.5（人行道/非機(jī)動(dòng)車道）=37m。設(shè)計(jì)時(shí)速為60Km/h，汽車荷載為城-A級，雙向4車道。

2 動(dòng)力計(jì)算中的幾個(gè)關(guān)鍵問題

2.1設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)及地震激勵(lì)

根據(jù)CJJ166-2011《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于橋梁抗震設(shè)防類別的規(guī)定，該橋梁屬于B類，其對應(yīng)的抗震設(shè)防目標(biāo)在E1地震作用下橋梁不受損壞或不需要修復(fù)可繼續(xù)使用；在E2地震作用下橋梁不致倒塌或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷，經(jīng)臨時(shí)加固后可維持應(yīng)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(shè)計(jì)地震特征周期為0.45s。

2.2建模要點(diǎn)

在實(shí)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(shè)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(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況分別進(jìn)行模擬。樁基采用winker地基梁模擬，分部彈簧剛度根據(jù)“m”法進(jìn)行計(jì)算。整個(gè)結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型共有1021個(gè)節(jié)點(diǎn)，872個(gè)單元。

3 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

3.1結(jié)構(gòu)自振特性

采用空間計(jì)算模型，對結(jié)構(gòu)的空間自振特性進(jìn)行了計(jì)算，橋梁結(jié)構(gòu)前10階自振特性見表1。

由表1可以看出，由于該橋結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，超靜定次數(shù)較多，因此各階自振頻率較為密集，振型復(fù)雜多變，應(yīng)重視結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。

3.2結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析

采用設(shè)計(jì)反應(yīng)譜對橋梁結(jié)構(gòu)在多遇地震下的抗震性能進(jìn)行檢算，分析表明結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)。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(yīng)影響很大，故在進(jìn)行該橋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮地震效應(yīng)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(shù)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(shù)均大于等于3.0，表明該橋吊桿有足夠的安全儲備。

4 結(jié) 語

通過對該梁拱組合體系橋梁進(jìn)行動(dòng)力特性及地震響應(yīng)分析，得出以下主要結(jié)論：

1）梁拱組合橋梁結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，超靜定次數(shù)較多，因此各階自振頻率較為密集，振型復(fù)雜多變，應(yīng)重視結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。

2）采用設(shè)計(jì)反應(yīng)譜對橋梁結(jié)構(gòu)在多遇地震下的抗震性能進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)表明結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)。但地震效應(yīng)對主梁影響很大，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮地震效應(yīng)。

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(shù)均大于等于3.0，具備足夠的安全儲備。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] JTJ 023-85，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工[M].北京：人民交通出版社，1999：75-89.

[3]陳兵，趙雷，陳思孝，等襄渝鐵路增建二線牛角坪特大橋動(dòng)力特性分析[J].鐵道建筑，2007（3）：34-38.

[4]張為，趙星，劉明高，等.斜拉橋有限元建模和動(dòng)力特性分析[J].鐵道建筑，2006（3）：30-34.

[5]金成棣.預(yù)應(yīng)力混凝土梁拱組合橋梁：設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐[M].北京：人民交通出版社，2001：5-19.