钢管混凝土拱桥动力性能及抗震性能研究

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发布时间：2021-09-12

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摘要运用ANSYS二次开发功能参数化建模，分析研究拱肋横撑、拱肋倾角、桥墩刚度、拱肋矢
跨比等设计指标对下承式刚架系杆拱桥的动力性能与地震响应性能的影响，总结下承式刚架系杆
拱拱桥的动力学变化规律及地震响应变化规律。
关键词钢管混凝土拱桥动力抗震
1 分析模型介绍
本研究报告所拟拱桥体系有限元计算模型共
分7大模块(见图1)：拱肋钢管、拱肋钢管内昆凝
土、两拱肋间横撑、桥墩、吊杆、系杆、桥面系。拱
肋钢管单元与拱肋钢管内混凝土单元共用相同节
点；两拱肋通过横撑连接；拱肋与桥墩固结；桥面
系与拱肋间通过吊杆连接。
图1 桥梁有限元离散图
收稿日期：2007—1l-13
为节省计算时间，拱肋钢管混凝土桁架简化
为箱形钢梁截面梁、箱形混凝土梁截面梁，各构件
简化原则：不改变构件的截面面积、截面惯性矩。
桥面系用梁格法模拟成纵横梁体系。
分析软件为ANSYSIO．0。在计算模型中，
吊杆及系杆用空间杆单元LINK8模拟，其他构件
用空间梁单元BEAM44模拟。
忽略地基土对结构的影响，桥墩底节点各自
由度固结。
地震反应分析采用单点反应谱法。反应谱曲
线线形取用文献[1]图5．1．5；反应谱曲线各参数
初始值由参考文献[2]中拱桥分析思路并结合
文献[3]确定，特征周期取0．4 S，水平地震
影响系数最大值a 。取0．45(一0．2×2．25，相
当于未来5O年超越概率为10 9／6)，阻尼比
取0．028。
坏，此时达到结构的极限荷载。拱肋钢管在16倍
双线活载时达到屈服应力，至极限荷载时处于屈
服阶段，横撑最大Mises应力值为88．6 MPa，仍
处于弹性阶段。
在工况1作用下，在接近极限荷载时，拱肋横
向变形增长很快，横向最大变形值为68．84 mm；
竖向变形主梁变形最大，达到426．5 mm，相应挠
跨比为1／300，而拱肋竖向最大变形为248．68
mm；在工况2作用下，拱肋的横向变形值较小，
其吊杆达到极限应力而破坏。拱肋的竖向变形比
工况1大得多，达到309．06 mm，增长了24．3 9／6；
主梁变形也比工况l略大，达到432．32 mm，相
应挠跨比为1／296。
(4)通过对极限承载力过程的分析，结构最
小活载安全系数为16．351，具有足够的安全储
备，表明该方案安全可靠，设计合理。由于本桥的
拱肋横撑较强，其成桥稳定系数较高；同时由于提
篮拱的非保向力效应，其稳定系数得到很大提高；
而采用合理布置的“K”撑及“米”形撑，对全桥的
稳定性提高影响显著；相对于平行布置的吊杆而
言，尼尔森体系的交叉布置吊杆对于提高全桥稳
定性是有益的。
参考文献
[1] 万鹏．大跨度钢拱桥极限承载力综合三因素检算
方法研究[D]．成都：西南交通大学，2005．
[2] 乔长江．大跨度钢管混凝土系杆拱桥整体稳定性研
究[D]．武汉：武汉理工大学，2006．
[3] 蔡绍怀．现代钢管混凝土结构[M]．北京：人民交通
出版社，2003．
[4] 杨磊．提篮式拱桥力学性能分析及施工控制研究
[D]．郑州：郑州大学，2005．