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基于反应谱的梁拱组合体系地震反应影响研究【摘要】近代以来全球由于地震给人类生命和财产造成的非常严重的损失，也给人类带来了深刻的教训。
桥梁工程是抗震救灾后的的生命线上的重要工程，保证震后桥梁的正常通行是灾后救援和减小震后次生灾害的重要保障。
因此，在桥梁设计中必须进行桥梁的地震作用影响分析，预估桥梁的抗震性能。
确保桥梁的抗震性能能够满足设计和规范的要求，是保证地震中桥梁的安全的有效措施。
本文基于反应谱方法对梁拱组合体系桥梁的地震反应进行了分析研究。
【关键词】地震；桥梁工程；梁拱组合体系；地震反应引言地震是当今世界上人们面临的最大自然灾害之一。
全世界每年平均发生破坏性地震近千次，其中震级达7级或7级以上的大地震约十几次，给人类带来了极大的灾难，严重地威胁到人们的财产及生命安全[1]。
桥梁又是抗震救灾后的的生命线上的重要工程，保证震后桥梁的正常通行是灾后救援和减小震后次生灾害的重要保障[2]。
因此，在桥梁设计中必须进行桥梁的地震作用影响分析，预估桥梁的抗震性能。
确保桥梁的抗震性能能够满足设计和规范的要求，保证地震中桥梁的安全。
1 工程背景该桥是某新建铁路工程中的一座1-80m下承式简支钢管混凝土拱桥，跨越高速公路，全长为82.50m。
梁拱组合桥位于平坡、直线上，主拱轴线为二次抛物线，桥面体系采用双梁体的纵横梁体系，桥顶面宽16.2m。
拱肋采用钢管混凝土哑铃形拱，全桥共设11对吊杆。
为增加拱肋横向刚度，在6#吊杆处设置横撑，在3#、3’#吊杆处设置k撑。
总体布置见下图1：图1全桥总体布置图（cm）2 有限元模型桥梁结构是一空间结构，在静力分析时习惯上将空间结构简化成平面杆系结构来进行计算，活载的空间效应用横向分布系数或偏载系数来表达。
本桥通过有限元软件midas2006建立有限元模型。
主梁为双纵梁体系，两根主纵梁中间设置四根小纵梁。
中间在横向采用横隔板相连，故有限元模型将梁系结构用梁格法按格子梁模式离散，即将纵梁和横隔板简化为纵横交错的梁单元。
某钢管混凝土系杆拱桥抗震性能评价摘要:本文以某三跨钢管混凝土系杆拱桥为背景，利用Midas civil空间有限元软件建立该桥空间动力计算模型，采用反应谱方法进行结构地震反应分析。
研究了结构在E1地震作用（100年超越概率63%）和E2地震作用（100年超越概率4%）两种设防水准地震输入下的地震相应，从计算结果可以得出结论，各部分结构尺寸可以满足结构抗震性能，可为同类型桥梁的设计提供参考经验。
关键词：钢管混凝土系杆拱桥；抗震；反应谱；动力响应；空间模型1.工程概况本项目特大桥采用采用连续刚构钢管混凝土拱组合桥，跨径组成为：（2×37）m+88m+180m+88m+25m，桥长425m。
主拱和边拱均采用为平行式钢管拱，仅主拱设置三个钢管横撑。
主拱上部结构为采用钢—混凝土组合梁桥面系，下部为钻孔灌注桩基础，桩径2.0m。
边拱采用的是预应力混凝土π型梁，下部为钻孔灌注桩基础，桩径2.0m。
桥梁总图布置图见图1根据规范，E1、E2地震作用下的场地设计地震动水平向峰值加速度及加速度反应谱参数，见表1。
地震激励采用纵向和横向两种输入方式。
表1 工程场地设计地震动参数（阻尼比5%）3.2.2最不利单桩内力计算采用100年超越概率63％的反应谱，所得到的各联顺桥向和横桥向最不利单桩内力最大值分别见表4和表5。
表4 E1地震作用下最不利单桩内力汇总－顺桥向3.3.2最不利单桩内力计算采用E2反应谱，所得到的各联顺桥向和横桥向最不利单桩内力最大值分别见表6和表7。
表6 E2地震作用下最不利单桩内力汇总－顺桥向通过验算可知，在E1地震作用下，三角刚架、拱肋和桥墩的顺桥向和横桥向抗弯承载能力均满足要求；三角刚架桩基础和桥墩桩基础顺桥向和横桥向抗弯承载能力均满足要求。
在E2地震作用下，三角刚架、拱肋和桥墩的顺桥向和横桥向抗弯承载能力均满足要求；三角刚架桩基础和桥墩桩基础顺桥向和横桥向抗弯承载能力均满足要求。
5.参考文献（1）戴小冬、卢江波、苏振宇、张铭。
下承式混凝土系杆拱桥动力特性试验研究摘要通过泗水县圣源湖大桥的现场动力特性试验，测试了该桥的频率、振型、阻尼系数及冲击系数等动力参数，并将试验结果与理论分析结果进行了对比分析，为评定该桥的整体受力性能提供了可靠依据，同时也可为同类桥梁的设计与施工积累经验．关键词下承式系杆拱桥；动力特性；有限元分析中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：1工程概况位于济宁市泗水县的圣源湖大桥是该区域景观建设的重要组成部分。
采用（54+62+54）米下承式双肋钢筋混凝土系杆拱桥，设计标准公路—ⅰ级，双向4车道，中跨矢跨比f/l=1/4，计算跨径l=60m，矢高f=15m。
拱肋和风撑采用工字型截面，混凝土材料，拱肋高1.6m，宽1.2m，风撑高1.6m，宽0.6m，系杆采用箱型截面，全桥共设35道预应力混凝土横梁，行车道板采用实心板，现浇成型，图l为该桥的立面图。
图l 圣源湖大桥立面图2 动力特性的有限元分析2.1有限元分析建模根据桥梁结构形式，采用桥梁结构专用分析软件midas/civil进行结构静力分析。
该桥中跨共划分为293个单元，节点划分及结构离散示意如图2所示图2 圣源湖大桥中跨有限元模型2．2 动力特性分析模态分析方法有子空间法、分块兰斯法、power dynamics法、缩减法等。
子空间使用子空间迭代技术，内部使用广义雅克比迭代法，该方法采用了完整的k和m 矩阵，计算精度较高；另外，子空间法适用于提取大模型的少数模态(40阶以下)，所以采用此法。
在该仿真形态下可进行结构动力特性分析，分析计算成果如图3所示一阶阵型图（2.49hz）二阶阵型图（4.03hz）图3 桥梁振型图3 动载试验动力测试主要包括自振特性测试和行车激振试验。
自振特性测试是测试主梁与主塔的自振频率与振型，一般采用脉动法。
行车激振试验包括无障碍行车试验和有障碍行车试验，分别模拟桥面无损伤时桥面行车对桥跨结构的冲击作用。
故该桥动载试验分脉动、跑车、跳车和刹车4个内容。
基于劲性骨架法的下承式钢管混凝土拱桥受力分析钢管混凝土拱桥是一种具有较高承载力和良好整体性能的桥梁结构，其基于劲性骨架法的受力分析是对桥梁结构进行设计和施工的基本要求。
劲性骨架法是一种常用的桥梁结构力学分析方法，其基本原理是将桥梁结构抽象为一个由杆件连接起来的刚性骨架，在外力作用下进行受力分析。
在钢管混凝土拱桥的受力分析中，劲性骨架法可以有效地模拟和计算各个组成部分的受力情况。
首先，需要根据设计要求和实际情况确定拱桥的结构形式和几何参数，包括拱轴线的几何形状、跨度、高度、板厚等。
然后，将拱桥的结构抽象为一个由许多杆件连接组成的刚性骨架，在外力作用下进行受力计算。
在钢管混凝土拱桥中，主要有以下几个关键受力部位需要进行分析：1.拱腹受力分析：拱腹是拱桥的主要受力构件，承担着桥梁的垂直荷载和弯矩。
通过劲性骨架法可以计算出拱腹的受力分布情况，包括弯矩、剪力和轴力。
同时，还需要对拱腹在不同加载情况下的应力和变形进行分析，以保证拱腹的承载性能和安全性。
2.竖向支座受力分析：竖向支座是拱桥与桥墩之间的连接部位，承担着拱桥的水平荷载和垂直荷载。
通过劲性骨架法可以计算出竖向支座的受力分布情况，包括水平力和垂直力。
同时，还需要对竖向支座在不同加载情况下的应力和变形进行分析，以保证其在使用寿命内的稳定性和安全性。
3.拱腿受力分析：拱腿是拱桥与桥台之间的连接部位，承担着桥梁的水平荷载和垂直荷载。
通过劲性骨架法可以计算出拱腿的受力分布情况，包括水平力和垂直力。
同时，还需要对拱腿在不同加载情况下的应力和变形进行分析，以保证其在使用寿命内的稳定性和安全性。
通过对上述关键受力部位的分析，可以得到钢管混凝土拱桥在不同加载情况下的受力情况，包括各个构件的受力大小、分布和变形情况等。
这些结果可以为钢管混凝土拱桥的设计和施工提供重要参考，并保证其在使用寿命内的安全性和承载性能。
同时，还可以通过对不同参数的敏感性分析，得到对拱桥结构性能影响较大的因素，为拱桥的优化设计提供依据。
钢管混凝土拱桥设计研究论文摘要：介绍了上海城市轨道交通明珠线特殊大桥-苏州河桥（25m+64m+25m）的三跨中承式钢管混凝土梁-拱组合体系桥的设计特点，施工阶段划分及结构分析过程和施工难点处理措施。
关键词：钢管混凝土结构;拱桥；设计与施工；徐变控制;1概述苏州河桥位于上海城市轨道交通明珠线跨越既有沪杭铁路苏州河桥桥位，与苏州河正交。
桥梁需跨越苏州河及两岸的万航渡路和光复西路。
河道通航标准为通航水位3.5m，Ⅵ级航道，净宽20m，净高>=4.5m；两岸滨河路规划全宽20m （机非混行），其中机动车道宽8m；两侧非机动车道宽各3m；人行步道宽各3m；两岸滨河路机动车道净高>=4.50m，非机动车道净高>=3.50m，人行道净高>=2.5m。
桥式采用25+64+25m三跨中承式钢管混凝土梁-拱组合体系桥，桥梁全长114m，宽12.5m。
外部结构体系为连续梁，即拱脚与桥墩处以支座连接，内部为由主纵梁、小纵梁和横梁及钢管混凝土拱肋的组合结构体系。
2钢管混凝土拱桥设计2.1桥型选择本方案设计的主导思想是在现有桥梁结构的技术水平发展的基础上有所创新，桥梁造型与周围环境相协调，桥式方案力求新颖独特，并充分体现现代化大都市的节奏与气派。
拱桥是一种造型优美的桥型，它的主要特点是能充分发挥材料的受压性能，而钢管混凝土的特点是在钢管内填充混凝土，由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。
同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。
苏州河桥的桥型方案经过研究分析、结构优化及评估论证，最后采用25+64+25m飞鸟式钢管拱桥的设计方案。
以抗压能力高的钢管混凝土作为主拱肋，以抗拉能力强的高强钢绞线作为系杆，通过边拱肋的重量，随着施工加载顺序逐号张拉系梁中的预应力筋以平衡主拱所产生的水平推力，最终在拱座基础中仅有很小的水平推力。
