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桥隧工程

下承式系杆拱桥地震响应分析

温智泉，饶家真，马智慧

（广西交通设计集团有限公司，广西南宁530029）

摘要：文章为探究下承式系杆拱桥的地震响应规律，以某高地震烈度区某公路下承式系杆拱桥为依托，采用有限元

软件建立整桥模型，基于反应谱法和时程分析法，开展了该系杆拱桥的位移和内力响应分析。研究结果表明：系杆拱

桥的拱肋自振频率较大，说明钢管混凝土拱肋具有较大的刚度；在纵向+竖向地震作用下系杆拱桥拱肋的位移响应更

加明显，横向+竖向地震作用下系杆拱桥的内力响应更加明显，两种地震作用对拱桥的抗震性能均不利，在设计时需

要对桥梁结构抗震进行特殊设计；横向+竖向地震作用下系杆拱桥的位移和内力响应均比纵向+竖向地震作用下要

大，在桥梁抗震设计时应特别注意横向+竖向地震作用对系杆拱桥整体响应的影响。

关键词：系杆拱桥；反应谱分析；地震时程分析；地震响应；拱肋；抗震设计

中图分类号：U448.22*5文献标识码：ADOl：10.13282/j.cnki.wccst.2023.05.035

文章编号：1673-4874(2023)05-0129-05

0引言1有限元模型

桥梁是公路运输中的重要枢纽，在交通运输中起到作为某公路控制性工程的某下承式系杆拱桥全长

至关重要的作用。随着桥梁建设和科学技术的不断发100m，主桥采用80m的系杆拱桥，拱轴线采用悬链线，拱

展，出现了多种桥梁结构形式，而拱桥的结构形式较为美肋横向间距为32m。全桥共15对吊杆，均采用桁架单

观[1-2]。拱桥中的系杆拱桥不仅具有拱桥的基本特征，元，拱肋采用矩形钢管混凝土组合材料，管内混凝土采用

而且具有自身的独特特点，集拱和梁的优点于一身，将拱C60混凝土，中横梁和端横梁均采用C50混凝土材料，拱

和梁有机地结合起来共同承受荷载，充分发挥了梁受弯、肋、中横梁和端横梁均采用梁单元模拟，端横梁和拱肋交

拱受压的结构性能，系杆承受拱脚的水平推力，使桥梁结界点以及端横梁中部采用一般支撑。有限元模型见

构更加稳定[3-4]。同时由于桥梁结构在地震作用下的损图1。

坏程度较为严重，且我国地处地震带，因此对于桥梁结构

的地震响应研究成为近年的热点，较多学者对系杆拱桥

的抗震性能进行了研究，丁文胜5从拱桥自身抗震性能

和系杆拱桥与引桥之间的纵向碰撞对结构抗震性能的

影响两方面对系杆拱桥的抗震性能进行了研究；陈阶

亮[6]依托钱江四桥，分析了系杆拱桥的抗震性能，结果显

示，钱江四桥的抗震性能满足设计性能目标；李福万7采

用有限元分析法，分析了下承式系杆拱桥的抗震性能，并

针对拱桥的抗震性能提出建议，成果可为同类型桥梁的图1有限元模型图

抗震设计提供借鉴；方圆等[8]研究了大跨度系杆拱桥纵

向、横向采用不同支承体系时的地震响应，并在地震响应2动力特性分析

的基础上提出了合理的抗震体系；郭恩超[9采用Midas采用Midas软件分析了系杆拱桥的主桥动力特性，

软件分析了下承式异形系杆拱桥的抗震性能，主要研究分析结果见下页表1。限于篇幅，仅给出前10阶的自振

了拱桥横向和纵向在地震作用下的响应，结果表明桥梁频率和自振周期，如下页图2所示给出了系杆拱桥的前

的各项抗震性能满足要求。由上述文献可知，对于系杆四阶振型。

拱桥的抗震性能研究已经较为成熟，但是对于纵向+竖3反应谱分析

向和横向+竖向地震作用下的系杆拱桥抗震性能的研

究并不多见。因此，本文基于上述研究，依托某下承式系由于该系杆拱桥所处位置的地震基本烈度为6°，场

杆拱桥，采用Midas软件分析了下承式系杆拱桥在纵地类别为Ⅲ类，抗震设防类别为B类，根据以上条件以及

向+竖向和横向+竖向地震作用下的响应，研究成果可桥梁抗震设计规范，得到6°区Ⅲ类场地的设计加速度反

为同类型桥梁的抗震设计提供参考。应谱（见下页图3）。依据反应谱加速度曲线进行计