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钢管混凝土拱桥动力特性分析 孔祥利 河海大学土木工程学院，南京（210098 ） E-mail: kong_xl@163.com 摘 要：钢管混凝土拱桥力学模型有多种简化模拟方式,但每种模拟方式是否都能比较接近 地反应出拱桥的真实动力特性及其对动力特性影响有多大，还尚未研究。本文将建立三种不 同的有限元力学模型，分析其不同的模拟方式对拱桥动力特性的模拟是否相近。 关键词：钢管混凝土拱桥；双单元法；换算截面法；脊梁式；动力特性 1.前言 建立合适的动力模型是分析出钢管混凝土拱桥真实动力特性的必备条件，因此如何建立 合适的动力模型是动力分析的关键之处。模型建立过程就是将实际的钢管混凝土拱桥结构通 过力学抽象，进而简化成为能用于力学分析的空间模型。力学模型不可能完全按照实桥的构 造来模拟，必然会作出一些简化，模型的简化须使力学模型尽可能地符合实际结构。本文对 同一座钢管混凝土拱桥模拟出三种模型，分析不同模型对钢管混凝土拱桥的动力特性影响。 2.钢管混凝土拱桥模型简介 2.1 总体设计 全桥孔跨布置为20+256+20+16=312m( 图1)，其中主跨为256m 中承式钢管混凝土拱桥, [1] 边跨为2 孔20m 和1 孔16m 钢筋混凝土简支T 梁，桥面在梁端与桥台接缝处设置伸缩缝 。 图1 钢管混凝土拱桥平、立面布置（单位：mm ） - 1 - 2.2 主拱拱肋 主桥为双肋拱，矢高50.155 m，计算跨径248 m，矢跨比为1/4.945。每片拱肋由4-1000 钢管混凝土组成，用缀板(横向平联板) 、缀条(腹杆)连接成为钢管混凝土格构柱。拱轴线是 以悬链线为基础的三次样条曲线，沿拱轴采用变高度(拱脚Hi=4.842 m，拱顶Hi=2.4m) 、等 宽度截面(b=2.4m)，两条主肋间中心距 11.6m，共设置了 17 个横撑、12 个型撑，每个横撑 (X 型撑)为空钢管构成的桁式梁。 2.3 拱上立柱及拱肋吊杆 拱上立柱采用圆形截面C30 钢筋混凝土柱，直径随立柱高度的不同而采用900、800 两 种；下端以钢制柱脚支承在拱肋上，上端与横梁固结；各类立柱沿桥轴方向的中心距为8.0m。 拱肋吊杆采用镀锌高强低松弛钢丝束，R=1860MPa ，用OVM- LZM 型冷铸镦头锚于主 拱拱肋的上缀板及横梁的下缘，并以横梁的下端作为高程调整端；各类立柱沿桥轴方向的中 心距为8.0m。 2.4 拱上横梁及纵梁 计算跨径均为 11.6m，普通横梁长 12.6m，加长横梁(用于桥面与主拱肋的相交区)长 18.70m；靠近桥面与主拱拱肋相交处的第一根吊杆下的横梁为 C50 预应力混凝土梁，其余 横梁均为C40 钢筋混凝土梁。 普通横梁处纵梁： 纵梁的计算跨径为8.0m，截面形式为T 梁，预制长度为7.7m，每跨由9 片8m 纵梁组 成；纵梁预制架设就位后与横梁用湿接头连接，湿接头的长度为 0.6m，然后在纵梁上现浇 8cm 厚C40 钢筋混凝土后浇层。运营状态下纵梁为支承在横梁上的弹性支承连续梁。 加长横梁间纵梁： 纵梁的计算跨径为8.0m 和16.0m 两种,截面形式均为T 梁； 8m 跨由9 片车行道纵梁和 4 片人行道纵梁组成；16m 跨由5 片车行道纵梁和2 片人行道纵梁组成；8m 跨和 16m 跨之 间采用桥面连续构造。 3.钢管混凝土拱桥的模拟假设 对于钢管混凝土拱桥的模拟，主要是在两个方面有不同的模拟： 一个是钢管混凝土拱桥拱肋的模拟，主要有三种假设[2] ：换算截面法、双单元法、钢管 混凝土单元法。钢管混凝土单元法虽然更为符合实际情况，但目前还停留在理论研究阶段， 不够成熟，很难应用于工程实践中，因此拱肋的模拟主要为换算截面法与双单